含氚气体中氚分压BIX在线测量方法研究

建立了一种聚变堆氘氚燃料循环系统燃料气及工艺气等含氚混合气体中氚分压在线快速测量方法,该方法通过测量氚衰变产生的β射线与材料相互作用发射的轫致X射线（BIX）,利用轫致X射线的计数率与含氚气体氚分压的标定关系曲线,实现含氚气体中氚分压（活度浓度）的实时测量。该方法中的轫致X射线是通过β射线与表面喷金的铍窗材料作用而产生的,X射线的测量采用NaI(Tl)探测器。研究过程中建立了轫致X射线计数率与氚分压的标定关系曲线,对于纯氚气体,氚压测量范围为1 Pa~10 kPa（氚活度浓度为10¹²~10¹⁵ Bq/m³）时,计数率（C）与氚压（p）的标定曲线为C=5.01×10⁴（1-e^-4.55×10-5p）,其指数拟合相关系数为1.000 00。对于氚体积分数为1%的氚-氦混合气体,氚分压测量范围为1~100 Pa（氚活度浓度为10¹¹~10¹⁴ Bq/m³）时,计数率与氚分压的标定曲线为C=5.24×10²(1-e^-4.69×10-3p),其指数拟合相关系数为0.998 60。对于氚体积分数为1%的氚 氢混合气体,氚分压测量范围为1~100 Pa（10¹¹~10¹⁴ Bq/m³）时,计数率与氚分压的标定曲线为C=5.18×10²(1-e^-4.61×10-3p),其指数拟合相关系数为0.999 53。利用以上标定曲线,对任意氚分压的含氚混合气体进行验证测量,结果表明,该方法测量精度较高、响应速度快、测量稳定性好,在氚测量技术中是一种很有前景的方法。     

BIXS技术测量氚化钛膜氚活度实验方法研究

完成了BIXS能谱测量系统的组建及调试,对BIXS技术测量氚化钛膜氚活度的实验方法进行了研究。实验获得了空气和Ar气介质中的X射线能谱,与空气介质相比,除有两个相同峰位能量为4.5 keV和5.0 keV的谱峰和峰强度(或峰面积)分别减弱至约为0.4%、1%外,还增加了3.0 keV、9.0keV的两个谱峰;同时获得了不同氚活度氚化钛膜的X射线能谱,结果表明氚活度决定着X射线能谱的峰面积,具有良好的线性关系。     

基于BIXS方法的高浓度气态氚探测器设计

近年来,氚的监测在确保反应堆的安全运行、工作人员的健康安全有着重要作用,特别是对以氚为核燃料的聚变反应堆。基于β射线诱发的韧致辐射X射线谱仪(BIXS)由于记忆性效应低、探测器尺寸小已逐渐成为国内外研究的热点。利用蒙特卡洛方法(MCNP)对BIXS探测器的尺寸以及材料进行了优化设计。结果表明,在0.5 MPa的工作压力下,铍窗厚度为0.1 mm、铍窗镀金层厚度为125 nm的小型BIXS测量系统可实现氚气的在线测量和探测器的小型化,其中100 s探测限为1.79×10⁸ Bq。     

基于丝壁电离室的数字化氚在线测量系统的研制

涉氚场所中的氚浓度在线测量是保障工作安全顺利进行的有力条件。针对涉氚场所中氚主要以氚气形式存在的特点,设计并研制了一套数字化氚在线测量系统。该系统采用补正极原理设计了丝壁电离室,消除了氚在进入电离室前产生的电离离子对测量结果的影响;开发了数字化信号处理系统,可自控获取、处理及显示过程中的氚浓度。系统在氚靶生产过程中得以应用,结果表明,丝壁的设计使得电离室室壁氚吸附产生的记忆效应减小到1%以内,系统中的氚浓度能够在线实时准确测量、显示,能很好地满足涉氚场所氚在线测量的要求。     

含氚硅胶中氚回收率的测量

采用加热解吸结合催化氧化及吸附法对含氚硅胶中的氚回收率进行了精确量化.结果显示,含氚硅胶中的氚主要以化合态的形式存在,含氚硅胶中氚回收率随样品的加热解吸温度的升高而增加,在相同的解吸温度下,含氚硅胶中氚回收率随载气流速的增加而呈下降趋势,在解吸温度为500℃及载气流速为60 mL/min下仍有5%以下的氚滞留在硅胶中,...     

直接乳化液闪法测量牛奶中氚

本文研究了直接乳化制样来测量牛奶中氚的含量。以甲苯、Triton X-100混合液作乳化剂,以PPO和POPOP为第一、二闪烁体,以两酮调节体系的淬灭程度。~(137)Cs作外源,测定其所产生的康普顿电子谱拐点来确定样品的淬灭程度。测定~3H、~(14)C、~(40)K在氚道、碳道、钾道中的计数效率和样品在此三道中的计数率,然后通过解三元联立方程以求出牛奶中氚的含量。     

氚深度分布对β射线诱发X射线光谱法测量能谱中Ar(Kα)强度的影响

BIXS(β射线诱发X射线光谱法)是一种针对材料中氚的无损测量方法,该方法通过探测氚在材料与工作气体(氩气)中诱发的特征X射线与轫致辐射X射线谱计算材料表层(β射线射程范围内)与基体中的氚含量与分布。通常认为氩的Kα特征峰强度与材料表层氚含量呈正比,然而该结论的前提是氚在材料表层均匀分布,而未考虑非均匀分布的情形。本文详细评估了氚在材料表层的深度分布对BIXS能谱中Ar(Kα)强度的影响,结果表明,在均匀分布的情况下,β射线最大射程的1/10范围内的氚对Ar(Kα)强度的贡献约为50%;在非均匀分布的情况下,Ar(Kα)的强度与均匀分布有数倍的差异。因此在实际测量中需根据氚在材料表层的具体分布对结果进行修正。     

重水堆核电厂在线测氚系统抽气方式的改进

重水堆核电厂利用电离室分析技术进行氚浓度监测。为解决其在线实时氚测量系统不能连续对多个区域进行测量的不足,提高测氚系统可靠性,对测氚系统抽气方式进行了改进。在线按序测氚改进后的测量结果,提高了氚浓度测量的准确性和实时性,为核电厂反应堆厂房内的氚泄漏定位和人员辐射防护提供了重要依据。      

尿氚测量中假计数来源的探讨

由按人尿主要组份配制的“模拟尿”及其单一组份在不同条件下的液体闪烁计数发现，尿中的肌酸酐和孕二醇等有机成份的液闪测定尿氚中，易产生干扰正常测量的假计数，这种假计数与闪烁液溶剂二氧六环的生产时间、尿中含上述物质的浓度、测量的环境温度及液闪测量样品的放置时间等因素有密切的关系。     

红外光谱法在线测量高浓度重水

为了准确、快速、安全定量工艺系统中的高浓度重水,采用离线式傅里叶变换红外光谱仪,以空光路状态下的单光束谱为背景光谱,得到不同浓度标准重水样品的红外吸收光谱,对3410cm^-1处重水浓度与吸光度进行线性拟合,建立红外光谱法测量高浓度重水的工作曲线。在此基础上,设计重水在线测量方案,实现高浓度重水在线测量。结果表明,测量浓度为99.85%的重水时,相对标准偏差优于0.01%。重水浓度范围为99.06%~99.98%时,线性相关系数R²=0.999 9。该测量方法准确、快速、无损样品、无放射性辐照等,可拓展到其他浓度段重水在线测量。     

加速器氚靶膜厚误差对BIXS方法反演的影响

BIXS(β-ray induced X-ray spectrometry)方法是一种氚β衰变诱发X射线谱的氚无损分析技术,在反演过程中会受到诸多因素的影响,氚靶膜厚误差的影响不可忽略。本文基于蒙特卡罗方法程序PENELOPE模拟和实验验证研究,表明加速器氚靶膜厚误差会对BIXS方法反演有一定的影响,其中对递增分布的影响最大,对递减分布的影响最小;氚在靶膜中的深度分布的斜率越大,膜厚误差对BIXS方法反演的影响也越大。     

Effect of Thickness Error of Accelerator Tritium Film-on Inversion of BIXS Method

BIXS (β-ray induced X-ray spectrometry) is a nondestructive method to analyze tritium, which can be affected by many factors in inversion process. The difference between tritium film’s thickness and inversion basic function spectrum’s thickness can’t be overlooked. By the Monte Carlo method code PENELOPE and experiment, it is found that the thickness error of accelerator tritium film has an effect for inversion of BIXS method. The thickness error makes a great impact on tritium increasing distribution, and a less impact on tritium descending distribution. The bigger the slope of tritium depth distribution in titanium film, the greater the influence of thickness error of tritium film on BIXS inversion.     

离线产氚实验中氚在线监测系统的研制

在增殖剂离线产氚实验中,如何准确实时测量回路中氚浓度和形态（HTO/HT）对于掌握产氚增殖剂氚释放行为,改进增殖剂的产氚性能非常重要。针对离线产氚回路中载气流量小、回路中气体量小以及载气为Ar等特点,基于流气式电离室原理研制了一套数字化氚浓度在线测量系统。该系统中电离室灵敏体积为50 mL,数字化仪表可自控获取、处理及显示回路中的氚浓度。测试结果表明,在Ar气氛下,在35 V左右,电离室即进入饱和区;该系统探测下限可达3.7×10 7 Bq/m 3,能满足离线产氚实验中氚在线监测的要求。     

中子辐照后6Li-Al合金靶片中氚的测量方法研究

建立了流气式系统捕集和化学转移法测量^6LiAl合金靶片在中子辐照过程中的渗漏氚和辐照后靶片中总氚量的方法。渗漏氚的捕集方法是：在流气式系统中，用含少量氢的惰性载气将渗漏氚载带出来，经高温催化氧化后被乙二醇鼓泡器捕集；靶片中的氚转移法是用NaOH溶液将合金靶片溶解，气相中的氚采用渗漏氚的捕集方法捕集，液相中的氚则蒸馏到馏分中。最后用液体闪烁计数器分别测量乙二醇鼓泡器和馏分中的氚量。测量结果与理论氚产量基本相符。     

电离室氚活度浓度标定及稳定性测量

电离室测氚在氚工厂、核聚变实验堆、环境监测以及各种涉氚实验装置中得到了广泛的应用。通过PVT法配制一定氚活度浓度的含氚气体,利用自主研制的流气式丝壁电离室实验系统,进行电离室氚标定实验,通过正交实验验证影响因素,从而完成对电离室的刻度。结果表明,该类电离室测量稳定性优异,相对偏差均小于1%,压力影响线性相关性均约为1,记忆效应影响较小。电离室IC1、IC2、IC3刻度系数分别为1.35×10¹⁸、1.34×10¹⁸、1.33×10¹⁸。该电离室实验系统能够长期并在线实时准确测量氚,能很好地满足涉氚场所氚在线测量的要求。     

量热法测量贮氚容器中的氚

设计建造了 1台样品池容积为1 95mm× 42 0mm的大型氚量热计。该量热计测量样品热功率下限为 6mW。样品热功率在 1 60～ 3 5 0 0mW范围内时 ,信号输出与样品热功率的线性相关系数大于0 9999。当样品热功率不低于 1 60mW时 ,精密度好于 0 2 %。它适用于非对称置样方式的样品中氚的测量。对大容积铀化学床中氚的实测结果表明 :该量热计具有较好的准确性。     

钛膜中氘氚浓度的弹性反冲法测量

研究采用弹性反冲探测(ERD)方法测量钛膜中氘、氚的浓度。实验所用Ti膜用磁控溅射法制备，膜厚小于100nm，以石英玻璃（SiO₂）为底衬，Ti膜加镀了1层Ni保护膜，以防Ti膜氧化和增强Ti膜吸氢。以6.0MeVO粒子作为入射粒子，在30°方向上探测反冲粒子，在此实验条件下，O粒子对D、T的碰撞截面为卢瑟福截面。对两个样品用ERD方法测量钛膜中的D、T含量，获得了D、T的面密度。测量结果表明，采用如上方法测量Ti膜中D、T浓度的误差小于7％。