检测模拟高放废液蒸发浓缩过程中核素挥发比的方法

技术领域

本发明属于核素检测技术领域，涉及一种检测模拟高放废液蒸发浓缩过程中核素挥发比的方法。

背景技术

核燃料后处理过程中产生的高、中放废液，大多采用蒸发浓缩法处理，减少废液体积，便于贮存或后续处理，在某些条件下还可回收硝酸，收集的二次蒸汽冷凝液可以排放或者复用。对放射性废液来说，在蒸发过程中水不断被汽化成为二次蒸汽从蒸发器排出，放射性物质等不被汽化而保留在溶液中，因而得到浓缩。实际上因为雾沫夹带以及废液中含有易挥发的放射性裂变产物，所以会有一定量的放射性物质残留在冷凝液中或者挥发到环境中，尤其像钌(Ru)、铯(Cs)、锶(Sr)、铈(Ce)这些易挥发的核素。

乏燃料后处理液蒸发浓缩过程中核素的行为规律的研究国内外均有关注。廖元宗等研究了钌的逸出行为(廖元宗，等.钌、碘、氚在动力堆元件溶解和钌在废液蒸发过程中逸出行为的模拟研究[J].原子能科学技术,1998,32(S1):26-31.)，但是该方法模拟的高放废液组成较简单，只有硝酸钠、亚硝酸钠和核素钌，并且该方法检出限仅为0.1mg/L。日本也研究了高放废液沸腾事故时核素钌的挥发释放行为(Tashiro S,Uchiyama G,Amano Y,etal.Release of Radioactive Materials from Simulated High-Level Liquid Waste atBoiling Accident in Reprocessing Plant[J].Nuclear Technology.)，但是该方法只研究了在事故下钌的挥发行为，并未对正常工况下核素挥发比作研究，并且实验装置较为复杂，操作不方便。

发明内容

本发明目的在于提供一种检测模拟高放废液蒸发浓缩过程中核素挥发比的方法，检测模拟高放废液蒸发浓缩正常工况下核素的挥发比。

实现本发明目的的技术方案如下：

检测模拟高放废液蒸发浓缩过程中核素挥发比的方法，包括以下步骤：

步骤1，模拟高放废液的组成，配制反应料液，核素的质量浓度设置为正常工况下的浓度，硝酸浓度为1mol/L～8mol/L，磷酸三丁酯(TBP)的浓度为1％～3％；

步骤2，将模拟高放废液升温至模拟工作温度，温度为110～130℃，蒸发时间为30min～2h，控制通气流量为50mL/min～400mL/min；

步骤3，收集蒸发过程中产生的冷凝液，在冷凝液之后再接脱脂棉，拦截气体中的核素，蒸发浓缩结束后，收集锥形瓶中的冷凝液以及脱脂棉；

步骤4，将脱脂棉用微波消解仪消解，得到消解液待测；

步骤5，用电感耦合等离子体质谱法测得冷凝液和消解液中核素的含量，分别记为M1和M2，两者之和即为蒸发浓缩过程中核素的总挥发量；

步骤6，计算核素的挥发比：初始核素质量记为M，则核素的挥发比为(M1+M2)/M，并得到核素与温度、通气量、TBP浓度的线性关系。

本发明中所述的核素为钌或铯。

步骤1中，钌在正常工况下的浓度为0.2g/L，铯在正常工况下的浓度为0.45g/L。

步骤4中，所述的消解的具体步骤为：将脱脂棉置于消解罐中，加入过氧化氢和硝酸，在120℃和150℃下各消解10min，得到消解液。

本发明中，温度与钌挥发比的线性关系式为y＝0.238x-24.224。

本发明中，通气量与钌挥发比的线性关系式为y＝0.016x+0.367。

本发明中，TBP浓度和钌挥发比的线性关系式为y＝-3.404x+8.482。

本发明中，温度和铯挥发比的线性关系式为y＝0.150x-13.518。

本发明中，硝酸浓度和铯挥发比的线性关系式为y＝0.673x+5.569。

本发明与现有的技术相比，其优点是：

(1)独特地模拟了高放废液的组成以及蒸发浓缩的正常工况条件，有助于了解核素的逸出行为，进而控制它的走向，保证后处理流程的安全进行。

(2)采用电感耦合等离子体质谱法，测得核素的挥发比，平行实验的RSD值为1.55～1.95，测量方法精准、可靠，实验装置简洁并且操作简便。

(3)本发明方法对核素的检出限较低，可达到0.1×10

附图说明

图1为本发明的检测实验装置图。

图2为核素钌的挥发比随温度的变化情况图。

图3为核素钌的挥发比随硝酸浓度的变化情况图。

图4为核素钌的挥发比随通气量的变化情况图。

图5为核素钌的挥发比随TBP浓度的变化情况图。

图6为核素铯的挥发比随温度的变化情况图。

图7为核素铯的挥发比随硝酸浓度的变化情况图。

图8为核素铯的挥发比随通气量的变化情况图。

图9为核素铯的挥发比随TBP浓度的变化情况图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。

实施例1

模拟高放废液的组成配制料液250mL，主要组成为：铈0.47g/L，铯0.45g/L，铁0.24g/L，钠1.14g/L，镍0.05g/L，锶0.15g/L，锆0.71g/L，钌0.2g/L，硝酸浓度为2mol/L，TBP浓度为1％。然后将料液混合均匀后置于500mL三口烧瓶中，之后分别插接温度计、球形冷凝管以及转子流量计，球形冷凝管后依次接冷凝液收集、脱脂棉拦截和尾气吸收瓶。在110～130℃下蒸发浓缩30min，保持通气量为400mL/min。反应结束后，冷却至室温，取出冷凝液和脱脂棉。将脱脂棉置于消解罐中，加入2mL过氧化氢和6mL硝酸，在120℃和150℃下各消解10min，之后得到澄清透明的消解液。用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)分别测得冷凝液和消解液中钌的含量，即为钌在蒸发浓缩过程中的挥发量。

图2为温度与钌挥发比的关系图，110℃时钌的挥发比为2.37×10

实施例2

本实施例基本同实施例1，不同之处在于温度为130℃，TBP浓度为1％，硝酸浓度为1～8mol/L。

图3为硝酸浓度与钌挥发比的关系图，硝酸浓度为1mol/L时，钌的挥发比为4.78×10

实施例3

本实施例基本同实施例1，不同之处在于通气量为50mL/min～400mL/min。

图4为通气量与钌挥发比的关系图，通气量为50mL/min时，钌的挥发比为1.2×10

实施例4

本实施例基本同实施例1，不同之处在于TBP浓度为1％～3％。

图5为TBP浓度和钌挥发比的关系图，TBP浓度为1％时，钌的挥发比为8.43×10

实施例5

本实施例基本同实施例1，不同之处在于测得的核素挥发比为铯的挥发比。

图6为温度和铯挥发比的关系图，110℃时铯的挥发比为3.157×10

实施例6

本实施例基本同实施例5，不同之处在于温度为130℃，TBP浓度为1％，硝酸浓度为1～8mol/L。

图7为硝酸浓度和铯挥发比的关系图，硝酸浓度为1mol/L时，铯的挥发比为6.567×10

实施例7

本实施例基本同实施例5，不同之处在于通气量为50mL/min～400mL/min。

图8为通气量和铯挥发比的关系图，通气量为50mL/min时，铯的挥发比为1.404×10

实施例8

本实施例基本同实施例5，不同之处在于TBP浓度为1～3％。

图9为TBP浓度和铯挥发比的关系图，TBP浓度为1％时，铯的挥发比为5.513×10