一種裂變氣體的分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于核燃料輻照后檢驗(yàn)領(lǐng)域，特別是涉及一種裂變氣體的分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 燃料在輻照過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的裂變產(chǎn)物，裂變產(chǎn)物積累將引起燃料產(chǎn)生嚴(yán)重 的輻照腫脹，嚴(yán)重影響燃料元件的使用性能，對(duì)反應(yīng)堆的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。其中，裂變氣 體氪和氙裂變產(chǎn)額大且為氣態(tài)，對(duì)燃料的影響很大。準(zhǔn)確測(cè)量燃料元件所釋放出來(lái)的氪、氙 氣體各自的總含量，對(duì)確定氙/氪比、裂變氣體釋放率、以及與燃耗的關(guān)系是非常重要的。 不同的燃料芯塊，不同的制作工藝，不同的燃耗值和不同的 235U豐度所產(chǎn)生的裂變氣體總 量和裂變氣體釋放率均有很大差別。國(guó)家"九五"規(guī)劃中的高性能燃料元件3X3-2小組 件中平均燃耗31GW · d/t的老元件裂變氣體釋放率約20%，平均燃耗6. 5GW · d/t的新元 件裂變氣體釋放率約4% ;而某二氧化鈾燃料元件隨燃耗的不同，氪、氙的釋放率分別僅為 0. 10%~0. 34%和0. 12%~0. 38%。核燃料中的235U等核素在裂變過(guò)程中產(chǎn)生的裂變氣 體氪和氙不僅包括81&、 85&、13%"1、13^5"1等這些放射性同位素，同時(shí)也包括 83&、84&、86&、 129X e、131Xe、132Xe等穩(wěn)定同位素，可用氣相色譜法對(duì)樣品中裂變氣體氪、氙的總量進(jìn)行定量 分析。
[0003] 提供一種操作簡(jiǎn)便，穩(wěn)定高效的用于核燃料元件破壞性檢驗(yàn)后裂變氣體的分析方 法，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)上述任務(wù)，需要一種穩(wěn)定高效的用于核燃料元件輻照后破壞性檢驗(yàn)的裂變氣 體的分析方法，以使得本領(lǐng)域氣相色譜分析區(qū)別于常規(guī)氣相色譜操作的問題，本發(fā)明提供 了 一種裂變氣體的分析方法。
[0005] 針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供的一種裂變氣體的分析方法通過(guò)以下技術(shù)要點(diǎn)來(lái)解決 問題：一種裂變氣體的分析方法，所述分析方法為采用氣相色譜儀對(duì)樣品裂變氣體進(jìn)行成 分含量分析，所述分析方法包括順序進(jìn)行的以下步驟：
[0006] a、采集裂變氣體，并將以上裂變氣體收集于采樣容器中；
[0007] b、采用裂變氣體抽取工具由以上采樣容器內(nèi)抽取特定體積的裂變氣體，并將以上 特定體積的裂變氣體送入氣相色譜儀中進(jìn)行氣相色譜分析；
[0008] c、在完成b步驟的氣相色譜分析后，再由以上采樣容器中抽取與所述特定體積等 量的裂變氣體，并將該次抽取的裂變氣體送入氣相色譜儀中進(jìn)行氣相色譜分析；
[0009] e、計(jì)算以上連續(xù)的兩次由采樣容器中所取的特定體積的裂變氣體中目標(biāo)組分量 的比值，計(jì)算以上連續(xù)的兩次氣相色譜分析結(jié)果中目標(biāo)組分峰面積的比值，比較以上兩個(gè) 比值的數(shù)值關(guān)系。
[0010] 進(jìn)一步的技術(shù)方案為：
[0011] 在c步驟與e步驟之間，還包括多次取樣測(cè)量步驟，該取樣測(cè)量步驟為在c步驟完 成后，由以上采樣容器中不止一次的重復(fù)抽取與所述特定體積等量的裂變氣體，并對(duì)每次 抽取到的裂變氣體進(jìn)行氣相色譜分析。
[0012] 還包括位于c步驟之后的數(shù)據(jù)處理步驟d步驟，所述d步驟為：
[0013] d-Ι、計(jì)算樣品的分取比，所述計(jì)算樣品的分取比按下式進(jìn)行：
其中，Kn為第η次取樣時(shí)的樣品分取比；V i為采 樣容器的體積，^為所述特定體積的量；
[0015] d-2、計(jì)算采樣容器中裂變氣體目標(biāo)組分的體積，通過(guò)下式進(jìn)行：
其中，V#為采樣容器裂變氣體目標(biāo)組分的體積，S #為采樣 容器裂變氣體中目標(biāo)組分在色譜圖中的峰面積，S#為目標(biāo)組分標(biāo)準(zhǔn)氣體的峰面積，V#為目 標(biāo)組分標(biāo)準(zhǔn)氣體的體積，η表不第η次取樣；
[0017] d-3、計(jì)算采樣容器中目標(biāo)組分的百分含量，通過(guò)下式進(jìn)行：
其中，六#為玻璃米樣器中氪或氣的百分含量，V 1S米樣容 器的體積。
[0019] 所述抽取工具為閥式氣相色譜注射器。
[0020] 氣相色譜分析中采用的分子篩為5?分子篩。
[0021] 在進(jìn)行氣相色譜分析之前，還包括對(duì)分子篩進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理為將分子篩 過(guò)篩后放入馬弗爐中加熱至80_550°C并保持1至8h，然后將分子篩放置干燥器中冷卻至常 溫，而后在負(fù)壓下將分子篩加入色譜柱的柱體中，把色譜柱接入氣相色譜儀并在90-450°C 下老化0. 5至8h。
[0022] 在進(jìn)行氣相色譜分析過(guò)程中，色譜柱柱溫保持在30-150°C范圍內(nèi)，進(jìn)樣口溫度保 持在30-150°C范圍內(nèi)，檢測(cè)器溫度保持在30-150°C范圍內(nèi)，熱絲溫度為220°C，采用氦氣作 為載氣，且氦氣的純度不小于99. 995%，載氣流量30mL · min \吸附效率參考?xì)饬髁拷橛?15-50mL · min 1之間，尾吹氣出口流量介于5-20mL · min 1之間，增益介于1-10倍之間。
[0023] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0024] 采用本發(fā)明提供的裂變氣體分析方法，便于實(shí)現(xiàn)對(duì)同一個(gè)樣品連續(xù)進(jìn)行兩次及以 上次數(shù)的氣相色譜分析，同時(shí)，由于采樣容器的體積及每次由采樣容器抽取的裂變氣體體 積便于定量，這樣，根據(jù)以上兩個(gè)體積，可方便的得到連續(xù)的兩次由采樣容器中所取的特定 體積的裂變氣體中目標(biāo)組分量之比，而后結(jié)合連續(xù)的兩次氣相色譜分析結(jié)果中目標(biāo)組分峰 面積的比值，便可判定氣相色譜分析中目標(biāo)組分分析的可靠性。如采樣容器為78. 39mL的 采樣容器，每次由采樣容器中抽取定量為IOmL的裂變氣體送至氣相色譜分析，若連續(xù)兩次 分析結(jié)果中，當(dāng)目標(biāo)組分后一次的峰面積與前一次的峰面積的比值為〇. 8724,即約為8 :9 時(shí)，即可得出氣相色譜分析結(jié)果是可靠的。
[0025] 基于上述方法，當(dāng)氣相色譜分析運(yùn)用于核領(lǐng)域時(shí)，由于采樣容器和每次由采樣容 器所取的裂變氣體的量的體積兩數(shù)值均能夠方便準(zhǔn)確得到，利用氣相色譜分析得到目標(biāo)組 分的峰面積也能夠方便準(zhǔn)確得到，故采用本發(fā)明提供的方法，在操作過(guò)程中，分離系統(tǒng)只采 用一根分子篩填充柱實(shí)現(xiàn)Kr、Xe、02和N 2的快速完全分離，不需要硅膠柱串聯(lián)使用，簡(jiǎn)化了 分離體系；利用一個(gè)采樣容器作為裂變氣體貯存裝置，使用抽取量便于標(biāo)定的抽取工具直 接取樣分析，避免了常規(guī)氣相色譜分析過(guò)程中繁瑣的"機(jī)械栗/六通閥"進(jìn)樣裝置，通過(guò)連 續(xù)兩次分析，就能判定分析結(jié)果是否可靠，故采用此方法，還大大減小了操作人員與裂變氣 體接觸的機(jī)會(huì)。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是實(shí)施例3所取樣品的氣相色譜分析結(jié)果表；
[0027] 圖2是實(shí)施例3中所取樣品連續(xù)五次分析結(jié)果的疊加色譜圖；
[0028] 圖3是實(shí)施例4所取樣品的氣相色譜分析結(jié)果表；
[0029] 圖4是實(shí)施例4所取樣品的氣相色譜分析色譜圖。
[0030] 圖5是本發(fā)明所述的一種裂變氣體的分析方法一個(gè)具體實(shí)施例的進(jìn)行流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 本發(fā)明提供了一種裂變氣體的分析方法，用于針對(duì)需要一種穩(wěn)定高效的用于核燃 料元件輻照后破壞性檢驗(yàn)的裂變氣體的分析方法，以使得本領(lǐng)域氣相色譜分析區(qū)別于常規(guī) 氣相色譜操作的問題。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明不僅限 于以下實(shí)施例：
[0032] 實(shí)施例1 :
[0033] 如圖5所示，一種裂變氣體的分析方法，所述分析方法為采用氣相色譜儀對(duì)樣品 裂變氣體進(jìn)行成分含量分析，所述分析方法包括順序進(jìn)行的以下步驟：
[0034] a、采集裂變氣體，并將以上裂變氣體收集于采樣容器中；
[0035] b、采用裂變氣體抽取工具由以上采樣容器內(nèi)抽取特定體積的裂變氣體，并將以上 特定體積的裂變氣體送入氣相色譜儀中進(jìn)行氣相色譜分析；
[0036] c、在完成b步驟的氣相色譜分析后，再由以上采樣容器中抽取與所述特定體積等 量的裂變氣體，并將該次抽取的裂變氣體送入氣相色譜儀中進(jìn)行氣相色譜分析；
[0037] e、計(jì)算以上連續(xù)的兩次由采樣容器中所取的特定體積的裂變氣體中目標(biāo)組分量 的比值，計(jì)算以上連續(xù)的兩次氣相色譜分析結(jié)果中目標(biāo)組分峰面積的比值，比較以上兩個(gè) 比值的數(shù)值關(guān)系。
[0038] 采用以上提供的裂變氣體分析方法，便于實(shí)現(xiàn)對(duì)同一個(gè)樣品連續(xù)進(jìn)行兩次及以上 次數(shù)的氣相色譜分析，同時(shí)，由于采樣容器的體積及每次由采樣容器抽取的裂變氣體體積 便于定量，這樣，根據(jù)以上兩個(gè)體積，可方便的得到連續(xù)的兩次由采樣容器中所取的特定體 積的裂變氣體中目標(biāo)組分量之比，而后結(jié)合連續(xù)的兩次氣相色譜分析結(jié)果中目標(biāo)組分峰面 積的比值，便可判定氣相色譜分析中目標(biāo)組分分析的可靠性。如采樣容器為78. 39mL的采 樣容器，每次由采樣容器中抽取定量為IOmL的裂變氣體送至氣相色譜分析，若連續(xù)兩次分 析結(jié)果中，當(dāng)目標(biāo)組分后一次的峰面積與前一次的峰面積的比值為0. 8724,即約為8:9時(shí)， 即可得出氣相色譜分析結(jié)果是可靠的。
[0039] 基于上述方法，當(dāng)氣相色譜分析運(yùn)用于核領(lǐng)域時(shí)，由于采樣容器和每次由采樣容 器所取的裂變氣體的量的體積兩數(shù)值均能夠方便準(zhǔn)確得到，利用氣相色譜分析得到目標(biāo)組 分的峰面積也能夠方便準(zhǔn)確得到，故采用本發(fā)明提供的方法，在操作過(guò)程中，分離系統(tǒng)只采 用一根分子篩填充柱實(shí)現(xiàn)Kr、Xe、0 2和N 2的快速完全分離，不需要硅膠柱串聯(lián)使用，簡(jiǎn)化了 分離體系；利用一個(gè)采樣容器作為裂變氣體貯存裝置，使用抽取量便于標(biāo)定的抽取工具直 接取樣分析，避免了常規(guī)氣相色譜分析過(guò)程中繁瑣的"機(jī)械栗/六通閥"進(jìn)樣裝置，通過(guò)連 續(xù)兩次分析，就能判定分析結(jié)果是否可靠，故采用此方法，還大大減小了操作人員與裂變氣 體接觸的機(jī)會(huì)。
[0040] 本實(shí)施例中，在步驟e中存在比例數(shù)值關(guān)系判定，判定的原則為：定義Nl為連續(xù)的 兩次由采樣容器中所取特定體積的裂變氣體中目標(biāo)組分量的比值，且Nl為后一次的組分 量與前一次的組分量的比值；定義N2為以上連續(xù)的兩次氣相色譜分析結(jié)果中目標(biāo)組分峰 面積的比值，且N2為后一次結(jié)果中的目標(biāo)組分峰面積與前一次目標(biāo)組分峰面積的比值，理 論上，當(dāng)Nl和N2相等時(shí)，可判定為氣相色譜分析的結(jié)果為可靠的，不需要再進(jìn)行后續(xù)的重 復(fù)分析對(duì)比。但實(shí)際操作中，由于存在不可消除的誤差，以上Nl和N2數(shù)值的差值可在一定 范圍內(nèi)變動(dòng)，即Nl和N2僅需要近似相等即可判定為測(cè)量結(jié)果是可靠的，即Nl和N2數(shù)值的 差值只需落在一個(gè)窄的數(shù)值區(qū)間以內(nèi)，也可得出氣相色譜分析是可靠的的結(jié)論。作為本領(lǐng) 域技術(shù)人員，以上數(shù)值區(qū)間的大小根據(jù)實(shí)際要求的測(cè)量或分析精度而定。
[0041] 本實(shí)施例中，若要測(cè)量裂變氣體中氪、氙的量，則氣相色譜分析