[发明专利]一种核燃料燃耗测量工艺

说明书

本发明公开了一种核燃料燃耗测量工艺，包括以下步骤：S1、将辐照后燃料样品依次进行切割取样、溶解和除氢氟酸处理获得溶解液；S2、向溶解液中添加树脂球，使溶解液中的铀和钚吸附在树脂球上；S3、将吸附有铀和钚的树脂球加载至设置有U形凹槽的铼丝中，将铼丝焊接在灯丝插件上，将灯丝插件转入热电离质谱；S4、在热电离质谱内先进行树脂球的碳化，然后依次测量钚和铀的同位素丰度。本发明通过特定的树脂球选择性吸附铀和钚，将铀和钚从辐照后核燃料溶解液的复杂基体中高效分离；采用固体涂样法，直接将树脂球加载在带有U形凹槽的铼丝上，以树脂球为载体实现了铀和钚在热电离质谱仪上的装载上样，实现对核燃料燃耗的高效、快捷、准确测量。

技术领域

本发明涉及放射化学领技术领域，具体涉及一种核燃料燃耗测量工艺。

背景技术

燃耗是核燃料在反应堆内发生链式裂变反应后裂变核素消耗程度的指标，是燃料辐照程度的指示性参数。控制核燃料燃耗深度可控制裂变产物的产量及释放的能量，核燃料燃耗与反应堆物理参数密切相关，准确测量核燃料燃耗对新型核燃料研制和反应堆运行策略研究具有重要意义。

现有燃耗测量方法主要依据美国ASTM标准及我国的核行业标准。美国材料与试验协会(ASTM)发布的燃耗测量标准为ASTM E321-96(2012)，该标准在压水堆元件燃耗测定中得到了良好的应用实践。经过多年实践，我国也发布了核行业标准EJ/T 20150.27-2018《压水堆棒束型燃料组件辐照后检查第27部分：燃料棒绝对燃耗测量质谱法》。

现有燃耗测量方法的基本工艺流程为：从辐照后的核燃料上切取少量样品，样品经化学溶解，分取部分溶解液，采用液相色谱等分离手段将铀、监测体核素(如¹³⁹La、¹⁴⁵Nd+¹⁴⁶Nd或¹⁴⁸Nd等)从复杂的辐照后核燃料溶解液中分离出来，利用热电离质谱测量铀及燃耗监测体的含量，再由燃耗监测体的裂变产额计算出已裂变的易裂变核素的含量，最后由燃耗定义计算出核燃料的燃耗值。现有燃耗监测体法的基本工艺流程见附图。

现有核燃料燃耗测量工艺主要由化学处理及质谱测量两大步骤组成，质谱测量是最终目的，化学处理是为质谱测量提供满足进样要求的样品。其中，化学处理步骤包括：样品溶解、样品分取、锆基体去除、pH调节、色谱进样、第一柱分离铀、梯度淋洗第二柱分离燃耗监测体、铀和钚样品收集、微波消解去除收集液中有机物。化学处理的最终目的是要制备得到满足质谱测量要求的溶液，即溶液中基体和同量异位素干扰水平满足仪器的耐受能力和分辨率，待测同位素浓度高于仪器的定量限，质谱待测样品的放射性水平符合辐射防护最优化原则。化学处理步骤都是在放射性条件下开展的，尤其是铀和钚分离步骤的工艺复杂、繁琐、耗时长、人员受放射性照射剂量高。

综上，现有核燃耗测量的化学处理工艺流程冗长、工艺参数控制困难、人员放射性受照剂量高，亟待建立新的燃耗测量方法，简化化学处理流程，降低人员放射性受照剂量，实现核燃料燃耗的高效、快速、准确测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核燃料燃耗测量工艺，解决有核燃耗测量的化学处理工艺流程冗长、工艺参数控制困难、人员放射性受照剂量高的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种核燃料燃耗测量工艺，包括以下步骤：

S1、将辐照后燃料样品依次进行切割取样、溶解和除氢氟酸处理获得溶解液；

S2、向溶解液中添加树脂球，静置，使溶解液中的铀和钚吸附在树脂球上，过滤；

S3、将吸附有铀和钚的树脂球加载至设置有U形凹槽的铼丝中，将铼丝焊接在灯丝插件上，然后将灯丝插件转入热电离质谱；

S4、在热电离质谱内先进行树脂球的碳化，然后依次测量钚和铀的同位素丰度。

本发明与现有技术相比，主要存在以下区别：