CRM铀微粒的FT-TIMS分析方法研究

在核保障环境取样分析中,对含铀单微粒进行元素和同位素分析是十分重要的。裂变径迹(FT)与热表面电离质谱(TIMS)联用是一种公认的微粒同位素分析技术路线。本文报道了一种改进的FT-TIMS分析方法,方法分为3步：将微粒分散到火棉胶、乙酸异戊酯混合溶液中,然后将溶液平铺在光滑、洁净的玻璃表面上,干燥后形成具有一定厚度的薄膜;将薄膜放入反应堆进行辐照,取出薄膜后将其蚀刻,通过显微镜寻找以及定位铀微粒并将含有铀微粒的部分薄膜分割出来;将分割出来的含有铀微粒的薄膜制样后,用TIMS进行同位素分析。结果表明,这种方法可实现铀微粒的准确定位,有效地解决了铀微粒定位误差问题;同时避免了在微粒转移过程中可能发生的微粒丢失情况;对于CRMU200微粒,²³⁵U/²³⁸U测量值与参考值偏差在2%以内。     

扫描电子显微镜结合热电离质谱测定单微粒中铀同位素比值

单微粒铀同位素分析是核保障环境监测技术的重要手段。作为现阶段应用最可靠且广泛的微粒分析技术之一,裂变径迹-热电离质谱(FT-TIMS)技术需依赖反应堆辐照,分析步骤繁琐,效率较低。扫描电子显微镜结合热电离质谱(SEM-TIMS)在保持原有TIMS的高测量精密度的同时,由扫描电子显微镜结合X射线能量色散谱仪(SEM-EDX)完成含铀微粒的寻找和鉴别,由微操作系统进行微粒转移,缩短了分析流程,提高了分析效率。本文应用建立的SEM-TIMS分析方法对已知同位素组成的单分散铀氧化物标准微粒进行了测量,测量结果与其标称值一致。     

用于铀微粒年龄测量的铀钍氧化物混合微粒SIMS测量研究

放射性材料的年龄信息是一项重要的溯源指纹特征,铀微粒年龄测量研究对于核取证技术应用具有重要意义。本工作通过使用二次离子质谱（SIMS）、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测量自制单分散铀钍氧化物混合微粒获得了单个微米级微粒中铀钍比值的相对灵敏度因子（RSF_Th/U）,结合扫描电子显微镜（SEM）等常规分析技术,确定了最佳测量条件,探索了微米级铀钍混合微粒的SIMS测量方法。测量结果表明,对于粒径为2~3 μm的混合微粒,不同微粒间²³²Th/²³⁸U比值的相对标准偏差小于3%(n=12),平均RSF_Th/U为1.259±0.032。通过测量年龄已知的铀同位素固体标准物质CRM970对RSF_Th/U进行了验证。结果表明,对于粒径为5~10 μm的CRM970铀粉末样品,年龄测量结果准确,相对标准偏差为3%(n=16)。该方法受干扰信号影响较小,测量结果稳定,可用于微米级铀微粒年龄的测量。     

AMS直接测量铀微粒次同位素比的方法

铀微粒同位素比测定在核保障环境取样中发挥着重要作用,目前铀微粒中次同位素比的准确测定方法尚未完善。本工作使用小型加速器质谱研究了一种直接测量铀微粒中次同位素比的分析方法,采用CRM铀系列同位素标准样品,选取不同丰度、不同粒径的铀微粒进行测量分析,CRM-U200、CRM-U970微粒²³⁴U/²³⁵U和²³⁴U/²³⁶U同位素比的测量值与标称值之间的相对误差分别小于10%和20%,该法可实现微米级铀微粒的高灵敏测定,为单铀微粒的次同位素比分析提供了新的技术路线。     

4 一体化总中子探测仪的研制

裂变径迹-显微操作技术是定位、转移擦拭样品中含铀微粒的有效技术手段，对于含铀微粒稀少的样品更具优势。本工作研究并建立了利用裂变径迹来寻找含铀微粒、用微操作器对含铀微粒进行转移的方法。     

铀芯块中铀同位素比的分析

正铀芯块中铀同位素比的分析是核法证研究的重要内容。热电离质谱法(TIMS)与多接收电感等离子体质谱法(MC-ICPMS)是两种高精度的同位素比分析方法。本工作采用TIMS、MC-ICPMS对铀芯块中铀的同位素比进行了研究,对比了分析结果(图1)。从图1可看出,两种仪器的分析结果符合得较好。此外,采用常规方法与全蒸发法在TIMS上进行了铀样品分析,常规方法样品用量约2μg,全蒸发法样品用量约500ng。分析结果表明,全蒸发法在样品用量及测量的精确度方面存在明显的优势。     

加速器质谱法测量含铀微粒中铀同位素比的方法研究

准确测定含铀微粒同位素比在核保障中有重要的应用价值。本文采用将含铀微粒溶解并加入高纯Fe粉烘干的方法制样,采用中国原子能科学研究院的HI-13串列加速器质谱测量靶样中的同位素比。通过对CRM铀系列同位素标准样品的分析表明,该方法可测定高于10^-5的²³⁶U/²³⁸U同位素比;对于²³⁵U/²³⁸U同位素比在10^-4～10^-1范围内的含铀微粒,²³⁵U/²³⁸U同位素比相对扩展不确定度均小于10%。     

铀钚单粒子检测技术在核保障中应用研究

综述了近年来国内外铀钚单粒子检测技术用于核保障的进展。简要介绍了铀钚单粒子检测技术用于核保障的样品采集、粒子提取、定位转移和铀同位素标准粒子的制备,重点叙述了二次离子质谱法(SIMS)、热电离质谱法(TIMS)和电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)法在核保障微粒检测中的应用研究现状,展望了未来的发展趋势和研究前景。     

热电离质谱直接测定铀氧化物中氧同位素

本文研究了热电离质谱（TIMS)直接测量粉末状铀氧化物中氧同位素的方法,涉及主要测量条件包括环境中氧、样品带材料、样品颗粒大小和测量方式等对测量结果的影响。对仪器的相关测量参数进行了优化,并建立了TIMS直接测量粉末状铀氧化物中¹⁸O、¹⁶O原子个数比的方法。对TIMS法与经典测量氧同位素的氧化法的测量结果进行了比较,两者的相对偏差为0.2%。TIMS法的¹⁸O、¹⁶O原子个数比测量精度优于0.28%。     

擦拭样品中铀微粒甄别技术的研究

基于裂变径迹原理对擦拭样品中微米量级铀微粒筛选技术进行了研究.研究内容包括擦拭样品与载体分离、样品在裂变径迹片上沉积、样品辐照以及化学刻蚀、铀微粒筛选等.文章中对各实验环节进行细致描述和讨论.研究发现:(1)以无尘滤纸、脱脂棉、Texwipe牌TX304型棉布为擦拭载体的样品经过400℃ 6 h灰化为较好的分离方法;(2)经热中子辐照和化学刻蚀后裂变径迹主要呈星状和坑状.其中235U含量高的微粒对应于坑状径迹,含量低的微粒对应于星状径迹;(3)采用新的定位方法能够筛选出铀微粒.     

热电离质谱测定第四纪地质年龄

介绍用ＭＡＴ－２６２质谱仪对国内石笋标样（ＧＢＷ０４４１２），（ＧＢＷ０４４１３）和国际珊瑚标样（ＲＫＭ－４）进行的测试，取得了与标准一至的结果。     

胞外聚合物在腐败希瓦氏菌处理铀污染地下水中的作用

以模拟铀污染地下水为对象,采用腐败希瓦氏菌对其进行了固定铀实验,利用单粒子 电感耦合等离子体质谱（SP ICP MS）、3种胞外聚合物（EPS）提取方法和碳酸氢钠 硝酸分级提取法表征了腐败希瓦氏菌和EPS中铀的含量和赋存形态,并采用傅立叶红外光谱（FT IR）技术分析了EPS与铀反应前后的变化。结果表明,阳离子交换树脂（CER）法适用于表征EPS中的铀含量及形态,EPS中的铀可占腐败希瓦氏菌固定铀总量的(140±10)%。SP ICP MS分析表明,CER法获得的EPS中颗粒铀是其主要形态,EPS在固定铀的过程中,既涉及到生物吸附,也涉及到生物矿化。FT IR分析进一步说明生物吸附时,铀可与EPS中的羧基官能团结合。以上结果表明,EPS在腐败希瓦氏菌固定铀的过程中发挥了重要作用。     

在大量同质异位素干扰下的同位素稀释质谱法测定173Lu和174Lu

当2种以上元素在热表面电离质谱计（TIMS）蒸发带表面蒸发时，蒸气中各元素的比例随着蒸发带加热电流的变化而变化，相应质量数处离子流的比值也随之发生变化。据此原理，建立了大量同质异位素干扰下的同位素分析方法。该方法的可靠性在同质异位素干扰量为1 000倍的情况下得到了实验验证。结合该方法和热表面电离同位素稀释质谱法（ID-TIMS）分析了大量¹⁷³Yb和¹⁷⁴Yb干扰下放射性核素¹⁷³Lu和¹⁷⁴Lu在溶液中的浓度，¹⁷³Lu和¹⁷⁴Lu合成标准不确定度分别为0.45%和1.1%。     

铀胁迫凤眼莲根部代谢产物内部萃取电喷雾电离质谱分析

凤眼莲（俗名水葫芦）应答铀胁迫代谢组学研究,是理解其对重金属胁迫耐受性和敏感性复杂生命过程的关键。本研究采用内部萃取电喷雾电离质谱（iEESI-MS）方法,在正离子检测模式下,选择甲醇-水（V∶V=1∶1）作萃取剂,实现了在无需复杂前处理的条件下,对铀胁迫下生长的水葫芦根部代谢物的选择性离子化,获得了组织样品在 m/z 50～400范围内的化学指纹谱,通过碰撞诱导解离（CID）实验,鉴定并分析了甘氨酸、天冬酰胺、组氨酸、胆碱、吲哚乙酸、十一醛等具有代表性的代谢产物的变化情况。研究发现,组氨酸含量随铀浓度的增加呈现明显增大的趋势,且在40 μg/mL铀胁迫第10 d时,水葫芦根部出现发黑、腐烂等症状。本方法具有无需复杂样品预处理、操作较简单、分析速度快等优点,为铀胁迫水葫芦代谢物分析提供了新的质谱方法。本研究为铀胁迫水葫芦次生代谢物分子水平物质变化的研究提供了新的思路。     

可燃毒物铒的辐照及其同位素热电离质谱法测定

铒(Er)是一种适用于轻水堆(LWR)的长效可燃毒物,Er_2O_3的堆内辐照是研究中子毒物Er辐照性能的基本手段。Er_2O_3在高通量工程试验堆(HFETR)中子注量率约为2×10~(14)/(cm~2·s)的辐照孔道中辐照91.3h。采用热电离质谱法(TIMS)测定辐照前、后样品中Er同位素丰度,跳峰模式测定6个Er同位素,低丰度~(162)Er由法拉第杯检测。测定时准确控制升温测量电流,将蒸发带和电离带电流控制在1 400、5 500mA以下,可减小~(168)Yb、~(170)Yb对~(168)Er、~(170)Er的同量异位素影响。结果表明,经中子辐照后~(166)Er、~(167)Er、~(168)Er同位素丰度变化较大,丰度变化与中子吸收截面大小密切相关。     

铀微粒定位及转移技术的研究

在裂变径迹法筛选铀微粒的技术中,热中子辐照后如何实现微粒与径迹的对应以及微粒的转移是非常关键的步骤。采用激光烧蚀仪在介质膜与裂变径迹基片分离前刻蚀出标记,根据标记形状及微粒间的相对位置可实现微粒与径迹的对应关系,不需要介质膜与径迹片复位。采用微区溶解的方法,显微镜下手工挑出微粒并用热表面电离质谱仪对其同位素比值进行了分析。     

抽气碰撞法回收擦拭样品上铀微粒方法

建立了一种回收微粒的新方法——抽气碰撞法。擦拭布上的铀微粒通过抽气碰撞装置回收到导电胶上,用于二次离子质谱仪（SIMS）对微粒的同位素丰度比测量。使用扫描电镜（SEM）寻找和统计擦拭布和导电胶上的微粒数目,计算装置的回收率。该装置对核孔膜上直径为0.5～20.0μm的铅微粒回收率为(43±5)%,擦拭布上铀微粒回收率约为48%,回收微粒的分散性好。制备的样品可直接用于SIMS测量,SIMS对²³⁵U与²³⁸U同位素丰度比的测量值为0.00725±0.00009,测量标准偏差小于3%。