氧化锆检测器在微量氢同位素色谱分析中的应用研究

针对氦气与氢同位素气体热导性差异较小的问题,以氧化锆原电池为气相色谱检测器、改性γ-Al_2O_3为填充柱,在液氮温度(77K)下系统研究了氧化锆检测器测量氢同位素的影响因素,对氦气中微量氢同位素气体进行了分离测试。结果表明,氧化锆检测器的最佳工作温度约为700℃,在载气流速为60mL/min条件下,仪器测量的相对标准偏差小于1%,该方法对H2的检测下限可达15ppm,对D2的检测下限可达40ppm,样品检测的相对误差小于5%。以上结果表明,氧化锆检测器可用于氦气中微量氢同位素的分析测量。     

吸附法净化高温气冷堆He载气中Kr、Xe的研究

用椰子壳活性炭吸附剂固定床吸附法去除高温气冷堆He载气中Kr、Xe杂质。获得了Kr、Xe在椰子壳活性炭上的动吸附规律。考察了吸附温度、浓度、流速及床高等因素对保护作用时间、完全饱和时间、吸容量的影响,获得最佳运行参数。结果表明：采用椰子壳活性炭可以除去高温气冷堆He载气中Kr、Xe等有害杂质,满足净化系统的要求。     

UTx老化释氦研究

为研究老龄氚化铀释放氦的规律,对室温贮存多年的老龄UT0.9~1.2释放的氦压力与组分进行了分析.结果表明,氚化铀经过6~7 a老化,氚衰变产生的3He气体约有38.1%~45.3%释放至贮氚铀床空腔内,其纯度为99.9%,贮氚铀床空腔气体压力达1.11~1.36 MPa;部分He保留在固相中,He和U的原子比为0.177~0.201.     

氘气中氢同位素的低温气相色谱法测定

针对高纯氘气中H₂、HD与D₂等氢同位素气体间不易分离分析的特点,以5A分子筛微填充石英毛细管色谱柱,在－95℃下对氢同位素进行分离,以气相色谱-脉冲放电氦离子化检测器对氢同位素进行分析。研究建立的H₂、HD与D₂等同位素气体测定方法精密度小于15%,最小检出摩尔分数为1×10^－6。     

低温下活性炭吸附分离Kr和Xe

研究了低温下活性炭吸附分离Kr和Xe的方法。Kr和Xe混合气在-78 ℃活性炭吸附柱上进行富集,根据Kr、Xe在活性炭柱上脱附条件的差异实现了Kr和Xe的分离。结果表明,Kr和Xe的回收率均大于90%,Kr样品中Xe的去污系数达10⁴以上,Xe样品中Kr的去污系数达10³以上。     

低温循环色谱法分离H_2/HD

低温循环色谱法(CCC)是一种有效的氢同位素分离方式。在升级改造后的低温色谱分离装置上开展了H2/HD体系的分离研究。结果表明:原始氘丰度为1.4×10-4的高纯氢经过CCC 4个流程后,氘丰度达到1.173×10-3;为获得最佳色谱柱柱效,CCC的进样量控制在组分峰的容量因子下降10%时较为合适;CCC的双柱间可互相充当解吸柱与接收柱的角色,在柱结构与程序升温条件相同的前提下,双柱间分离效果的差异可能是进样点的选择和进样压力的不同造成的,与进样时间无关。     

TCAP氢同位素分离装置的小型化及分离性能

根据TCAP氢同位素分离原理及系统小型化要求,设计了一套小型氢同位素分离装置。采用分离柱外室中螺旋型电阻加热器对Pd/K分离柱进行加热,利用低温恒温槽中的低温无水乙醇在外室中循环冷却分离柱。采用西门子PLC模块,根据程序设定对TCAP分离过程进行自动控制。在参数优化的条件下,研究了全回流及生产模式下的分离效率。研究发现,设计的小型氢同位素分离系统实现了稳定的分离柱加热-冷却循环,循环时间为0.25 h。在生产模式下,由氘纯度为80%的原料气可分离出氘纯度99.5%产品气,生产效率可达8.7 mL/h。低氘含量H-D混合气（D%=20%）同样能实现明显的氘浓缩效果（产品气D含量达99.0%）。     

包头铁矿石中痕量铀的测定

采用碳酸钠沉淀、P350萃淋树脂微色谱柱联合分离的方法,测定铁矿石中痕量铀的含量.首先用碳酸钠将样品溶液沉淀除去大量的铁,再用P350微色谱柱分离富集痕量铀,以4 g/L氟化钠溶液洗脱,偶氮氯膦Ⅲ光度法测定铁矿石中痕量铀的含量.通过研究铁和铀分离的条件,在最佳分离条件下,铁的分离效率达99.9%,能有效地消除样品中大量铁的干扰并富集痕量铀.经包头铁矿样品验证,分析结果接近标准样品参考值,通过标准加入法获得的回收率为98.6%～101.4%.     

铀同位素浓缩试验装置退役废水处理试验研究

铀试验装置退役废水含铀浓度高(133～4875mg/L),碱度大(182～1019mN/L).本研究采用沉淀、酸化去碳、吸附等工艺进行废水处理.先加入工业烧碱,在PH>13时废水中95%以上的铀可集中于沉淀中;再加入沉淀母液酸化去碳,在PH≈7时以5-6床体积/日的流速流经硅胶一树脂串联柱,出水含铀小于0.05mg/L,不用稀释即可排放.     

吸附温度低于273 K的Pd/k柱TCAP全回流实验研究

为满足实验室规模的氢同位素分离需求,对少量氚（小于3.7×10¹³ Bq）的高效氢同位素分离方法进行了研究。采用TCAP全回流工艺,将钯/硅藻土（Pd/k）填充色谱柱（长2 m,外径6 mm）吸附H-D混合气体（D丰度为50%）的温度控制在273 K以下,经多次加热 冷却循环后,从分离柱前、后两端加热各提取15%样品气,利用低温色谱法对样品气进行氢同位素丰度分析,对色谱柱的分离性能进行评价。研究结果发现,原料气进入填充柱后（全回流之前）尾端提取气的氘丰度约为98.5%,经5个全回流循环（循环总时间为1.25 h）后,尾端提取气的氘丰度达99.9%。经15个全回流循环后,前端提取气的氘丰度由50%（原料气氘丰度）降至13.6%。通过实验数据对柱中氘分布进行了理论模拟,发现进样速率过快可能是导致前端提取气氘丰度过高的主要原因,柱中氘丰度最低点可能出现在色谱柱的中部。