本發(fā)明涉及核工業(yè)
技術領域：
，尤其涉及一種制備放射性石墨中碳-14液體樣品的方法。
背景技術：
：核工業(yè)中會使用大量的石墨材料，石墨受到中子輻照后會帶有放射性。為處理放射性石墨，必須建立石墨中所含放射性的分析方法，特別是要準確的測定其中碳-14的含量。碳-14分析的難點在于將固體石墨材料中的碳-14制備成液體樣品，便于后續(xù)使用精密的放射性分析儀器對碳-14進行分析。目前廣泛采用的是“燃燒-吸收法”制備碳-14的液體樣品。即，將含有碳-14的石墨在空氣或氧氣等助燃氣中點燃，使碳轉化為二氧化碳，再采用吸收液吸收二氧化碳。由于放射性石墨中還含有另一種放射性核素——氚。在燃燒過程中會形成含氚的水蒸氣，也會被吸收液吸收，因此，對后續(xù)碳-14的放射性測量產(chǎn)生嚴重干擾。所以在吸收液之前，都要有一個去除水含氚的水蒸氣的過程。例如，邱永梅等在反應堆退役石墨中14C分析制樣實驗系統(tǒng)研制(原子能科學技術，2010，Vol.44(suppl.)：119-123)一文中報道了續(xù)碳-14的制備方法和實驗裝置。其制備碳-14樣品方法可以概括為：將石墨在氧氣氣氛下加熱燃燒，氣體通過冷凝管和硅膠干燥器來除去含氚水，通過收集器中的吸收液制備碳-14液體樣品。然而，該方法和裝置具有如下缺點：(1)設備復雜、部件多、體積大、集成度差；(2)難以實現(xiàn)標準化、多數(shù)是臨時搭建的實驗裝置，不利于規(guī)?；a(chǎn)和推廣使用；(3)控制困難：氣體流速太小時不利于石墨完全燃燒、氣體流速太大時不利于二氧化碳氣體完全被吸收液吸收；(4)放射性廢物多：整個管路都會被碳-14、氚沾污；(5)設備存在危險性：石墨粉末比表面積大，與氧氣混合易發(fā)生爆炸。為了部分解決上述方法的缺點，特別是出于操作安全的考慮，目前也存在一種使用耐高壓樣品燃燒裝置(氧彈)來制備碳-14樣品的技術。這類技術與之前所述樣品制備方法的顯著區(qū)別在于：引入了一種特殊的樣品燃燒裝置(氧彈)。具體地，該方法為：在一個密閉耐高壓樣品燃燒裝置中使石墨與氧氣燃燒生成二氧化碳和含氚水蒸氣；然后將燃燒裝置的閥門打開，將燃燒生成二氧化碳和含氚水蒸氣引導至類似于邱永梅等提供的除水蒸氣和吸收二氧化碳的裝置中。然而，該方法和裝置仍然具有如下缺點：(1)除樣品燃燒裝置外，需要另外配備除含氚水蒸氣和吸收二氧化碳的裝置：設備復雜、集成度差、大多需要臨時搭建除水和吸收二氧化碳的裝置、不利于裝置推廣使用。如果沒有配套裝置，則無法去除氚的干擾，難以用于C-14的準確分析；(2)樣品燃燒裝置的放氣操作必須手動控制、工作強度大：樣品燃燒裝置放氣的操作，需要根據(jù)內(nèi)部殘留壓力來調解一個放氣閥，保持放氣速度緩慢穩(wěn)定。目前這個操作只能通過人工手動控制螺旋放氣閥來完成，工作人員需要連續(xù)數(shù)小時持續(xù)調解，工作強度很大；(3)手動放氣操作造成吸收不穩(wěn)定，實驗誤差大：樣品燃燒裝置放出的氣體也要求緩慢通入氚水吸附材料和氫氧化鈉溶液，通過速度對氚水和二氧化碳的吸收效果有直接影響。特別是，當通過速度過快會造成吸收率下降，影響測定的碳-14含量。但通過人工控制螺旋放氣閥的方式來調節(jié)放氣速度，放氣速度波動大、吸收不穩(wěn)定、實驗誤差大、結果重復性差。因此，提供一種簡單有效的制備放射性石墨中碳-14的液體樣品的方法成為目前需要解決的技術問題。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種簡單有效的制備放射性石墨中碳-14液體樣品的方法。一種制備放射性石墨中碳-14液體樣品的方法，該方法包括：提供一密封的反應容器，該反應容器內(nèi)具有一含氚水蒸氣吸附裝置，從而將該反應容器的內(nèi)部空間分割成一第一空間和一第二空間；所述第一空間內(nèi)設置有放射性石墨樣品，所述第二空間內(nèi)設置有二氧化碳吸收液；向所述密封的反應容器內(nèi)充入助燃氣，使所述反應容器內(nèi)的氣壓強達到1-4MPa；使所述放射性石墨樣品在助燃氣中進行燃燒，在所述第一空間形成含氚水蒸氣和二氧化碳氣體；保持一段時間，使所述含氚水蒸氣和二氧化碳氣體通過所述吸附裝置向所述第二空間擴散，所述含氚水蒸氣被所述吸附裝置吸收，且所述二氧化碳氣體被所述吸收液吸收；以及對所述密封的反應容器進行排氣。如上述的制備放射性石墨中碳-14液體樣品的方法，其中，所述密封的反應容器包括：一承壓鋼瓶、一頂部端蓋、一密封蓋、兩個電極和一點火絲；所述頂部端蓋插入所述承壓鋼瓶的頂部開口之內(nèi)，所述密封蓋將所述頂部端蓋固定在所述承壓鋼瓶上；所述兩個電極間隔設置于所述頂部端蓋上，且從外部延伸至所述承壓鋼瓶內(nèi)部，所述兩個電極延伸至所述承壓鋼瓶內(nèi)部的一端通過該點火絲電連接；使所述放射性石墨樣品在助燃氣中進行燃燒的方法為向所述點火絲通電。如上述的制備放射性石墨中碳-14液體樣品的方法，其中，所述吸附裝置包括一第一透氣隔板、一與該第一透氣隔板間隔設置的第二透氣隔板、一設置于所述第一透氣隔板和第二透氣隔板之間的水蒸氣吸附材料以及一橡膠密封環(huán)。如上述的制備放射性石墨中碳-14液體樣品的方法，其中，所述承壓鋼瓶的內(nèi)壁為圓柱形，所述吸附裝置為圓柱或圓臺形，其側面與所述承壓鋼瓶的內(nèi)壁貼合，并依靠橡膠密封環(huán)實現(xiàn)側壁密封。如上述的制備放射性石墨中碳-14液體樣品的方法，其中，所述水蒸氣吸附材料為吸水硅膠。如上述的制備放射性石墨中碳-14液體樣品的方法，其中，所述承壓鋼瓶的內(nèi)壁上形成臺階或設置凸起，從而使所述吸附裝置卡固在該臺階或凸起處。如上述的制備放射性石墨中碳-14液體樣品的方法，其中，所述兩個電極和點火絲設置于所述第一空間；所述充排氣閥設置于所述承壓鋼瓶上且直接與所述第二空間連通；所述密封的反應容器內(nèi)充入助燃氣的方法為通過該充排氣閥充入純氧氣。如上述的制備放射性石墨中碳-14液體樣品的方法，其中，所述吸收液為氫氧化鈉溶液。如上述的制備放射性石墨中碳-14液體樣品的方法，其中，所述吸收液中放置一磁力轉子；所述使所述含氚水蒸氣和二氧化碳氣體通過所述吸附裝置向所述第二空間擴散的步驟進一步包括：將反應容器放于一個磁力攪拌裝置上，通過磁力帶動磁力轉子對所述吸收液進行攪拌。如上述的制備放射性石墨中碳-14液體樣品的方法，其中，所述吸收液進行攪拌的時間為5-10分鐘。相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的方法使反應后氣體中的二氧化碳擴散到達吸收堿液表面，避免了通過導管引導的手動控制放氣過程的難度，不僅降低工作強度、大大提高了樣品制備的效率，而且減少了人為的實驗誤差和不確定性，提高了樣品制備過程的可靠性。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。附圖說明附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中：圖1為本發(fā)明實施例提供的制備放射性石墨中碳-14的液體樣品的實驗裝置的結構示意圖。圖2為本發(fā)明實施例提供的制備放射性石墨中碳-14的液體樣品的方法流程圖。附圖標號說明實驗裝置10承壓鋼瓶101頂部端蓋102密封蓋103電極104點火絲105樣品坩堝106充排氣閥107燒杯108吸收堿液109吸附裝置110第一透氣隔板111水蒸氣吸附材料112第二透氣隔板113橡膠密封環(huán)114第一空間115第二空間116磁力轉子117具體實施方式以下結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。請參見圖1，本發(fā)明實施例提供的制備放射性石墨中碳-14的液體樣品的實驗裝置10包括：一承壓鋼瓶101、一頂部端蓋102、一密封蓋103、兩個電極104、一點火絲105、一樣品坩堝106、一充排氣閥107、一燒杯108、二氧化碳吸收堿液109以及一含氚水蒸氣吸附裝置110。所述承壓鋼瓶101的形狀和尺寸不限，可以根據(jù)需要設置。可以理解，所述承壓鋼瓶101也可以為采用其它金屬材料制備的可以承受高壓的容器。本實施例中，所述承壓鋼瓶101為圓柱形，其側邊和底部密封，頂部開口且的具有與所述密封蓋103配合的螺紋。所述頂部端蓋102用于與所述承壓鋼瓶101構成一個密封的且可以承受高壓的反應腔室。使用時，所述頂部端蓋102插入所述承壓鋼瓶101的頂部開口之內(nèi)。所述密封蓋103用于將所述頂部端蓋102固定在所述承壓鋼瓶101上。所述密封蓋103的結構可以根據(jù)需要設置。本實施例中，所述密封蓋103具有與所述承壓鋼瓶101的頂部配合的螺紋，且所述密封蓋103與所述頂部端蓋102為一體結構。使用時，所述密封蓋103通過螺旋與所述承壓鋼瓶101固定連接，從而壓住所述頂部端蓋102，確保密封完好。所述兩個電極104間隔設置于所述頂部端蓋102上，且從外部延伸至所述承壓鋼瓶101內(nèi)部。所述兩個電極104露在外部的一端用于與外部電源連接，延伸至所述承壓鋼瓶101內(nèi)部的一端用于施加電壓，從而實現(xiàn)點火。所述點火的方式不限，可以為電弧放電等?？梢岳斫?，所述兩個電極104的設置位置不限于所述頂部端蓋102上，也可以設置于所述承壓鋼瓶101上，只要從外部延伸至所述承壓鋼瓶101內(nèi)部即可。本實施例中，所述兩個電極104延伸至所述承壓鋼瓶101內(nèi)部的一端通過一點火絲105電連接。在外部電源通電情況下，通過所述兩個電極104和點火絲105構成一個回路，所述點火絲105會瞬間點火并自身熔斷。所述點火絲105會引燃所述樣品坩堝106中的石墨待測樣品，使樣品燃燒氣化?？梢岳斫?，所述電極104和點火絲105為可選結構，本發(fā)明也可以通過其它點燃裝置或點燃方式實現(xiàn)引燃，例如將整個反應容器加熱。所述樣品坩堝106設置于所述承壓鋼瓶101內(nèi)，用于承載石墨待測樣品。所述樣品坩堝106可以設置于所述承壓鋼瓶101內(nèi)的一固定裝置上。本實施例中，所述樣品坩堝106固定于一電極104上，且所述電極104設置于所述頂部端蓋102上，從而可以在打開所述頂部端蓋102的同時將所述樣品坩堝106從所述承壓鋼瓶101內(nèi)取出，以便裝在樣品。可以理解，所述樣品坩堝106不限于坩堝，只要是可以耐高溫的樣品承載裝置即可。所述充排氣閥107用于燃燒前向所述承壓鋼瓶101內(nèi)充入氧氣等助燃氣，燃燒和吸收完成后排出所述承壓鋼瓶101內(nèi)的廢氣。所述充排氣閥107可以設置于所述承壓鋼瓶101上或所述頂部端蓋102上。優(yōu)選地，所述充排氣閥107設置于所述承壓鋼瓶101上且位于所述樣品坩堝106的背面，這樣可以避免在充氣過程中，氣流將所述樣品坩堝106內(nèi)部的樣品吹散?，F(xiàn)有裝置的充排氣口通常設置于在所述頂部端蓋102上，且正對裝載樣品的樣品坩堝。當裝置充入氧氣時，進氣氣流可能將樣品吹走。本實施例中，所述充排氣閥107設置于所述承壓鋼瓶101靠近底部的側壁上。所述含吸附裝置110設置于所述承壓鋼瓶101內(nèi)，從而將所述承壓鋼瓶101的內(nèi)部空間分割成一第一空間115和一第二空間116。所述樣品坩堝106設置于所述第一空間115內(nèi)。所述吸附裝置110具有多個通孔，所述第一空間115和一第二空間116僅通過所述吸附裝置110連通。所述第一空間115內(nèi)反應生產(chǎn)的含氚水蒸氣和二氧化碳氣體可以通過所述吸附裝置110向所述第二空間116擴散，且所述含氚水蒸氣可以被所述吸附裝置110中的水蒸氣吸附材料吸收。所述吸附裝置110包括一第一透氣隔板111、一與該第一透氣隔板111間隔設置的第二透氣隔板113、一設置于所述第一透氣隔板111和第二透氣隔板113之間的水蒸氣吸附材料112以及一橡膠密封環(huán)114。優(yōu)選地，所述第二透氣隔板113邊緣固定于所述橡膠密封環(huán)114上，從而形成一容器，以便放置該水蒸氣吸附材料112。本實施例中，所述吸附裝置110為圓柱或圓臺形，其側面與所述承壓鋼瓶101的內(nèi)壁貼合，并依靠橡膠密封環(huán)114實現(xiàn)側壁密封。所述承壓鋼瓶101的內(nèi)壁上可以形成臺階或設置凸起(圖未示)，從而使所述吸附裝置110可以卡固在該臺階或凸起處。所述水蒸氣吸附材料112可以為吸水硅膠等。所述吸水硅膠等材料自身堆積時存在大量空隙，與所述第一透氣隔板111和第二透氣隔板113共同構成了氣體在所述第一空間115和一第二空間116之間自由流通的通道。所述燒杯108設置于所述承壓鋼瓶101內(nèi)部的第二空間116內(nèi)，用于盛放所述吸收堿液109。所述吸收堿液109用于吸收二氧化碳?？梢岳斫猓鰺?08也可以為其它盛放吸收堿液109的容器。本實施例中，所述燒杯108設置于所述承壓鋼瓶101底部。所述吸收堿液109為氫氧化鈉水溶液。進一步，所述燒杯108內(nèi)還可以包括一磁力轉子117。所述磁力轉子117用于攪拌所述吸收堿液109，從而加快所述吸收堿液109對二氧化碳的吸收?？梢岳斫?，所述磁力轉子117為可選結構?？梢岳斫猓鰺?08、樣品坩堝106以及二氧化碳吸收堿液109通常并不與其它元件一起生產(chǎn)銷售，僅在該實驗裝置10制備放射性石墨中碳-14的液體樣品時放入即可，因此，所述燒杯108、樣品坩堝106以及二氧化碳吸收堿液109可以不理解為該實驗裝置10的一部分。請參見圖2，本發(fā)明實施例進一步提供一種制備放射性石墨中碳-14的液體樣品的方法。該方法包括以下步驟：S11，提供一密封的反應容器，該反應容器內(nèi)具有一含氚水蒸氣吸附裝置110，從而將該反應容器的內(nèi)部空間分割成一第一空間115和一第二空間116；所述第一空間115內(nèi)設置有放射性石墨樣品，所述第二空間116內(nèi)設置有二氧化碳吸收堿液109；S12，向所述密封的反應容器內(nèi)充入氧氣等的助燃氣，使所述反應容器內(nèi)的氣壓強達到1-4MPa；S13，使所述放射性石墨樣品在助燃氣中進行燃燒，在所述第一空間115形成含氚水蒸氣和二氧化碳氣體；S14，保持一段時間，使所述含氚水蒸氣和二氧化碳氣體通過所述吸附裝置110向所述第二空間116擴散，所述含氚水蒸氣被所述吸附裝置110吸收，且所述二氧化碳氣體被所述吸收堿液109吸收；以及S15，對所述密封的反應容器進行排氣。可以理解，所述步驟S14中，隨著吸收堿液109對二氧化碳的吸收，第一空間115和第二空間116中二氧化碳會自發(fā)擴散，一定時間后，使得吸收堿液109對承壓鋼瓶101中所有二氧化碳完全吸收。而現(xiàn)有技術中，將反應后氣體從承壓反應容器中排出，再通過導管引導含氚水蒸氣被所述吸附裝置和二氧化碳氣體吸收堿液中。該方法需要手動調控流量，保持流量足夠小，避免對吸附除氚效果、二氧化碳吸收效果產(chǎn)生影響。而且，隨著反應容器內(nèi)的氣壓逐漸下降，需要持續(xù)手動調節(jié)來保證流量穩(wěn)定。所述步驟S14中，還可以進一步對所述吸收堿液109進行攪拌，從而加快所述吸收堿液109對二氧化碳的吸收?？梢岳斫?，本發(fā)明的實驗裝置10和方法，不僅可以制備放射性石墨中碳-14的液體樣品，其可以用于任何反應后生成兩種以上不同氣體，且有的氣體需要被除去，有的氣體需要被收集的實驗。以下為本發(fā)明制備放射性石墨中碳-14的液體樣品方法的具體實施例。實施例1本實施例中，采用實驗裝置10制備放射性石墨中碳-14的液體樣品的方法如下：(1)打開該實驗裝置10的密封蓋103，取出頂部端蓋102；(2)在該頂部端蓋102下方的內(nèi)支架上放好樣品坩堝106，品坩堝106內(nèi)裝入質量0.05-0.2g待測放射性石墨樣品，并連接好點火絲105；(3)將裝有固定體積5.0-20.0ml氫氧化鈉吸收堿液109的燒杯108放入該承壓鋼瓶101底部；(4)根據(jù)需要在氚水蒸汽吸附裝置110中裝入適量硅膠水蒸氣吸附材料112，封閉后放入該承壓鋼瓶101內(nèi)部，保證該承壓鋼瓶101的內(nèi)壁四周被該吸附裝置110密封；(5)裝回頂部端蓋102，使電極104、點火絲105、樣品坩堝106、和待燃燒樣品裝入該承壓鋼瓶101內(nèi)；(6)封好該螺旋密封蓋103；(7)從該充排氣閥107充入適量的高壓氧氣，使該承壓鋼瓶101內(nèi)部壓強達到1MPa-4MPa；(8)將整個實驗裝置10置于冷水水域中，檢漏確保實驗裝置10密封；(9)連接電極104到外部電源，通過外部電源點火引燃點火絲105和石墨待燃燒樣品；(10)待樣品燃燒完成并降溫后，將實驗裝置10放于一個磁力攪拌裝置上，通過磁力帶動燒杯108中磁力轉子117對吸收堿液109攪拌5-10分鐘，促進該吸收堿液109對氣體中二氧化碳的吸收；(11)二氧化碳吸收完全后，通過該充排氣閥107將該承壓鋼瓶101中的氣體排出，不必考慮排出速度，可以快速完成放氣過程；(12)打開該密封蓋103，取出燒杯108，燒杯108中的氫氧化鈉吸收堿液109作為后續(xù)分析樣品。為了檢測本發(fā)明的實驗裝置10和制備方法中吸收堿液109對氣體中二氧化碳的吸收情況，本實施例中，通過該充排氣閥107將該承壓鋼瓶101中的氣體排出的過程中，通過導管將排除的氣體先緩慢通入另一燒杯內(nèi)的第二氫氧化鈉吸收堿液中，是該第二氫氧化鈉吸收堿液進一步吸收氣體殘余的二氧化碳。結果發(fā)現(xiàn)，該第二氫氧化鈉吸收堿液中吸收的二氧化碳幾乎為零。由此可見，本發(fā)明的實驗裝置10和制備方法中吸收堿液109可以將該承壓鋼瓶101中的二氧化碳完全吸收。本發(fā)明具有以下優(yōu)點：本發(fā)明的裝置將含氚水蒸氣吸收、二氧化碳吸收以及樣品燃燒等功能都集成在承壓鋼瓶內(nèi)部，操作簡單；本發(fā)明的方法使反應后氣體中的二氧化碳擴散到達吸收堿液表面，避免了通過導管引導的手動控制放氣過程的難度，不僅降低工作強度、大大提高了樣品制備的效率，而且減少了人為的實驗誤差和不確定性，提高了樣品制備過程的可靠性。顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。當前第1頁1 2 3