[发明专利]一种测定铀富集度的方法

说明书

技术领域

本发明属于放射物质测量技术领域，涉及一种测定铀富集度的方法。

背景技术

铀富集度定义为同位素²³⁵U的质量与铀的总质量之比，通常用百分数表示。测定铀的富集度，在核保障领域具有十分重要的意义。

铀富集度的分析从测量方法的性质角度可分为两类。

一类是破坏性分析(DA)。此类分析通常需要取样并制备样品，然后进行测量分析，以测定样品中元素的同位素组成和含量，例如质谱法。虽然此类分析方法具有很高的精度，但其测量程序复杂，需送专门实验室进行分析，无法满足现场快速测量的需求。

另一类是非破坏性分析(NDA)，基于同位素的γ放射性相关性，不改变测量对象的物理化学形态，而测定样品的同位素丰度。NDA技术具有简单快速、不破坏样品、无需取样和制样、分析成本低、不产生二次废物等诸多优点，已被广泛运用于核材料生产和核保障核查之中。

γ射线能谱测定法是保障核查中常用的非破坏性分析方法之一，通过测量入射到探测器的γ射线的能谱和强度，分析有贡献的同位素并确定其富集度。分析富集度的方法主要有效率刻度法、丰度计原理法、相对效率自刻度方法和低能区的重峰解析方法。

效率刻度法是使用已知活度的标准源(如¹⁵²Eu)进行效率刻度，通过计算标准源的各个特征峰的效率，然后由这些效率点拟合出效率曲线。效率刻度之后，即可通过未知样品能谱中U各个同位素的特征峰的分析确定各自活度，从而得到²³⁵U富集度。

丰度计原理法的原理如下。当被测样品达到饱和吸收厚度时，探测器能探测到的185.7keV的γ射线强度只来自于样品一部分体积内发射的γ射线，而样品中其他位置发射的该能量的γ射线由于自吸收等原因而不进入探测器。此时，探测器探测到的185.7keV射线的强度(该能峰的净峰面积)就和样品中²³⁵U的质量成线性关系。用一个或多个铀富集度已知、铀的总质量已知的样品进行刻度后，就可以由该线性关系和待测样品中铀的总质量得出待测样品的铀富集度。

效率刻度法和丰度计原理法的优点是如果刻度做的准确，其测量分析结果可以达到很高的精度。但是这两种方法的缺点在于无论是用标准源还是已知富集度的样品做刻度，都要求它们和待测样品尽量相同(形态、密度等)，以保证刻度的准确性；而且在刻度后，还要求测量未知样品时的测量条件(主要是几何条件)和刻度时一致。绝大多数情况下，在保障核查中均需对物项进行盲测，即无法获知其外形、密度等信息，因此以上两种方法具有一定的局限性。

低能区(0-140keV，但不包括140keV)的重峰解析方法是通过对铀样品能谱中约80-105keV能段内²³⁵U、²³⁸U等不同来源的γ、X射线混合能谱进行精确解析来确定铀富集度。

低能区的重峰解析方法避免了刻度的问题，不需要标准源进行效率刻度，对样品几何形状、密度与形态也没有特殊要求。但是低能区的重峰解析方法也存在着很多缺点：由于分析的能段较小，射线高度重叠，要求探测器具有较高的能量分辨率；重屏蔽下不适用，在核查中，样品可能会在容器内进行盲测核查，由于位于低能区的γ/X射线能量较低，穿透力较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种测定铀富集度的方法，以能够不需要标准源，不考虑样品几何形状、密度、形态的测定样品中的铀富集度。

为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种测定铀富集度的方法，所述的方法利用γ能谱，通过相对探测效率自刻度方法进行铀富集度测定，包括如下步骤：

(1)根据²³⁵U和²³⁸U分别在能谱的中能区(140-570keV，包括140keV但不包括570keV)和高能区(570-1001keV，包括570keV但不包括1001keV)的相对探测效率RE与能量E的关系拟合得到相对探测效率曲线函数f(E)；

(2)根据f(E)计算²³⁵U铀富集度。

本发明的相对效率自刻度法属于NDA技术，其通过分析铀能谱的143-1001keV能区范围内的多条来自于²³⁵U、²³⁸U的γ射线进行相对效率自刻度，分析铀的各同位素的探测效率比，进而计算相应的原子数比，得出铀富集度。