一种活化产物铀和镓的快速分离装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种活化产物铀和镓的快速分离装置及方法，具体方法为：将样本以一定的流速通过P204或LN色层柱、Al2O3色层柱和TBP萃取色层柱，铀吸附在P204或LN色层柱，镓吸附在TBP萃取色层柱，洗涤后，用高酸溶液通过P204或LN色层柱和TBP萃取色层柱进行铀的再吸附分离，经洗涤后，用稀酸溶液同时通过TBP色层和TEVA+DN色层的串联柱以及TBP色层和Al2O3+活性炭色层的串联柱，流出液分别为活化产物铀和活化产物镓的放射性测量溶液。本发明专利技术的快速分离方法分离富含裂变产物的活化产物铀镓放射性溶液，铀和镓的回收率优于90％，对裂变产物的去污因子优于104，分离流程可在2.5小时内完成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于活化产物放化分离
，具体公开了一种活化产物铀(U)和镓(Ga)的快速分离方法。
技术介绍
活化产物分析是核燃料裂变过程中中子能谱分析的常用方法之一。通过分析活化产物的含量和种类可以间接测定核裂变过程的中子通量和中子能量。铀钚等可裂变材料是最常用的核燃料，在钚材料中为了增加其可加工性，通常需要添加金属镓(Ga)，其含量在1％左右。因镓与钚材料形成均匀的混合体，是钚材料裂变过程中中子能量监测的最有利介质，可应用于钚材料裂变过程中高能中子的分析测定。铀作为一种常用的核燃料与钚燃料混合成为一种新型的核燃料(MOX燃料)，使用铀钚混合燃料可以使核裂变过程实现增殖，是核能可持续发展的重要支撑(顾忠茂.我国先进核燃料循环技术发展战略的一些思考.核化学与放射化学.2006,28(1):1-9.)。铀作为裂变材料外，因与钚裂变材料具有较好的体相均匀混合性，其中子活化产物也适宜用于裂变过程中高能中子的分析测定。作为活化反应的靶核材料，铀和镓的天然同位素分别有U-234(丰度0.00584％)、U-235(丰度0.72％)和U-238(丰度99.27％)，Ga-69(丰度60.11％)、Ga-71(丰度39.89％)。镓可以产生的活化反应主要有(n,γ)和(n,2n)反应。其相应的活化产物为：Ga-68(半衰期67.63分钟)，Ga-70(半衰期21.14分钟)和Ga-72(半衰期14.1小时)，其中Ga-69(n,2n)反应阈值为10.50MeV，Ga-71(n,2n)反应阈值为9.44MeV。铀产生的活化反应主要有U-238(n,γ)和(n,2n)反应，其相应的活化产物为：U-239(半衰期23.45分钟)和U-237(半衰期6.75天)，其中U-238(n,2n)反应阈值为6.19MeV。随着核探测技术的不断发展，对超痕量核素的探测成为可能，特别是(n,3n)反应的活化产物，预示了更高能量的中子存在，其活化产物含量直接反应了相应高能中子的能量。其中Ga-69(n,3n)反应阈值为19.0MeV，U-238(n,3n)反应阈值为12.0MeV，U-235(n,3n)反应阈值为12.25MeV等，对于高能中子的能谱分析具有特别的意义。以核燃料元件本身固有的核素作为活化靶核，保证了靶核与靶核之间以及靶核与裂变核之间混合均匀，使活化反应在4π范围内均匀发生。痕量或超痕量放射性核素的分析，由于含量极低，受干扰因素多，通常需要通过放化分离以提高对待分析活化产物核的灵敏度。在铀钚等核裂变过程中，产生大量的裂变产物，其中Nd-147、Ba-140、La-140、Te-132、I-132、I-131、Zr-95、Nb-95、Ce-141、Ce-143、Ce-144、Mo-99、Tc-99m、Ru-103和Rh-105等是产额较大的裂片核素，是铀和镓活化产物分析的主要影响因素。这些裂片核素与少量的铀和镓活化产物共存，且活度远远大于铀和镓活化产物。采用高纯锗(HPGe)γ能谱法无法直接测量铀和镓活化产物的活度，需要通过放化分离得到放化纯的相应测量源。专利1(ZL201310214649.9，凡金龙等.一种裂变产物中活化产物镓的快速分离方法)和专利2(ZL201310215354.3，凡金龙等.一种含镓放射性溶液的分离装置)提供了一种裂变产物中提取活化产物镓的分离方法和分离装置，实现了裂变产物中活化产物镓的有效分离，但均未提及铀存在时，活化产物镓的分离状态。在铀钚混合装料的反应堆中，U-238占有较大的含量，其活化产物U-237和U-239具有较大的应用价值。建立铀钚混合装料反应堆中活化产物铀镓的快速分离方法，消除裂变产物的干扰，对核反应中子能谱分析具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种活化产物铀(U)和镓(Ga)的快速分离方法，采用该快速分离方法，在富含裂变产物的放射性溶液中活化产物铀和镓均可以得到放化分析纯度的γ放射性测量源，并具有流程简单、样品利用率高、活化产物铀和活化产物镓的回收率和去污因子高的特点。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种活化产物铀和镓的快速分离装置，其特别之处在于：包括储液槽单元、色层分离单元、废液收集器、产品收集单元、管路、阀门和输送泵；上述储液槽单元、色层分离单元、废液收集器、阀门和产品收集单元通过管路连接；上述储液槽单元包括含镓和铀放射性溶液储液槽，洗涤液储液槽，第一级淋洗液储液槽，第二级淋洗液储液槽和解吸液储液槽；上述色层分离单元包括P204或LN色层吸附柱，Al2O3色层吸附柱，第一TBP色层吸附柱，第二TBP色层吸附柱，Al2O3+活性炭粉色层吸附柱和TEVA+DN色层吸附柱；上述产品收集单元包括铀产品收集器和镓产品收集器；上述含镓和铀放射性溶液储液槽、洗涤液储液槽、第一级淋洗液储液槽、第二级淋洗液储液槽和解吸液储液槽的出口端通过阀门与输送泵入口连接；输送泵的出口与P204或LN色层吸附柱的入料口连接，并分别通过阀门与第一TBP色层吸附柱和第二TBP色层吸附柱的入料口连接；P204或LN色层吸附柱的出料口通过阀门分别与Al2O3色层吸附柱和第二TBP色层吸附柱的入料口连接；Al2O3色层吸附柱的出料口通过阀门和第一TBP色层吸附柱的入料口连接；第一TBP色层吸附柱的出料口通过阀门分别与Al2O3+活性炭粉色层吸附柱的入料口和废液收集器连接；Al2O3+活性炭粉色层吸附柱的出料口和镓产品收集器连接；第二TBP色层吸附柱的出料口通过阀门分别与TEVA+DN色层吸附柱的入料口和废液收集器连接；TEVA+DN色层吸附柱的出料口和铀产品收集器连接。所述管路采用硅胶管；所述阀门为电磁阀；所述输送泵为蠕动泵。这样可以将电磁阀和蠕动泵通过微机控制，实现分离过程的自动控制，减小分离中放射性核素辐射对人体的影响。其中蠕动泵使用软管外挤压方式输送分离用液体，并通过蠕动泵的转速控制液体的流量和流速。上述输送泵具有多个入口和出口，各储液槽分别和输送泵的不同的入口连接，输送泵的各个出口分别和P204或LN色层吸附柱的入料口连接，并分别通过阀门与第一TBP色层吸附柱和第二TBP色层吸附柱的入料口连接。这样分离过程可同步进行，互不影响。一种活化产物铀和镓的快速分离方法，包括以下步骤：步骤一：分离前制备将含铀和镓的放射性样品溶解于酸，形成放射性溶液；将酸溶解于水，形成水性洗涤液、水性淋洗液和水性解吸液；将P204或LN、Al2O3、TBP、Al2O3+活性炭粉、TEVA+DN分别装填成色层柱；步骤二：铀和镓的吸附使步骤一中制备的含铀和镓的放射性溶液依次通过P204或LN色层吸附柱、Al2O3色层吸附柱和第一TBP色层吸附柱进行分离吸附，流出液作为废液收集；其中铀吸附在P204或LN色层吸附柱，镓吸附在第一TBP色层吸附柱；步骤三：洗涤洗涤液依次经过P204或LN色层吸附柱、Al2O3色层吸附柱和第一TBP色层吸附柱，对各色层吸附柱进行洗涤，流出液作为废液收集；洗涤液再次直接通过第一TBP色层吸附柱进一步洗涤去污，流出液作为废液收集；步骤四：铀的分离步骤三之后使一级淋洗液依次通过P204或LN色层吸附柱和第二TBP色层吸附柱对铀进行解吸和再吸附，流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活化产物铀和镓的快速分离装置，其特征在于：包括储液槽单元、色层分离单元、废液收集器、产品收集单元、管路、阀门和输送泵；所述储液槽单元、色层分离单元、废液收集器、阀门和产品收集单元通过管路连接；所述储液槽单元包括含镓和铀放射性溶液储液槽，洗涤液储液槽，第一级淋洗液储液槽，第二级淋洗液储液槽和解吸液储液槽；所述色层分离单元包括P204或LN色层吸附柱，Al2O3色层吸附柱，第一TBP色层吸附柱，第二TBP色层吸附柱，Al2O3+活性炭粉色层吸附柱和TEVA+DN色层吸附柱；所述产品收集单元包括铀产品收集器和镓产品收集器；所述含镓和铀放射性溶液储液槽、洗涤液储液槽、第一级淋洗液储液槽、第二级淋洗液储液槽和解吸液储液槽的出口端通过阀门与输送泵入口连接；输送泵的出口与P204或LN色层吸附柱的入料口连接，并分别通过阀门与第一TBP色层吸附柱和第二TBP色层吸附柱的入料口连接；P204或LN色层吸附柱的出料口通过阀门分别与Al2O3色层吸附柱和第二TBP色层吸附柱的入料口连接；Al2O3色层吸附柱的出料口通过阀门和第一TBP色层吸附柱的入料口连接；第一TBP色层吸附柱的出料口通过阀门分别与Al2O3+活性炭粉色层吸附柱的入料口和废液收集器连接；Al2O3+活性炭粉色层吸附柱的出料口和镓产品收集器连接；第二TBP色层吸附柱的出料口通过阀门分别与TEVA+DN色层吸附柱的入料口和废液收集器连接；TEVA+DN色层吸附柱的出料口和铀产品收集器连接。...

【技术特征摘要】
1.一种活化产物铀和镓的快速分离装置，其特征在于：包括储液槽单元、色层分离单元、废液收集器、产品收集单元、管路、阀门和输送泵；所述储液槽单元、色层分离单元、废液收集器、阀门和产品收集单元通过管路连接；所述储液槽单元包括含镓和铀放射性溶液储液槽，洗涤液储液槽，第一级淋洗液储液槽，第二级淋洗液储液槽和解吸液储液槽；所述色层分离单元包括P204或LN色层吸附柱，Al2O3色层吸附柱，第一TBP色层吸附柱，第二TBP色层吸附柱，Al2O3+活性炭粉色层吸附柱和TEVA+DN色层吸附柱；所述产品收集单元包括铀产品收集器和镓产品收集器；所述含镓和铀放射性溶液储液槽、洗涤液储液槽、第一级淋洗液储液槽、第二级淋洗液储液槽和解吸液储液槽的出口端通过阀门与输送泵入口连接；输送泵的出口与P204或LN色层吸附柱的入料口连接，并分别通过阀门与第一TBP色层吸附柱和第二TBP色层吸附柱的入料口连接；P204或LN色层吸附柱的出料口通过阀门分别与Al2O3色层吸附柱和第二TBP色层吸附柱的入料口连接；Al2O3色层吸附柱的出料口通过阀门和第一TBP色层吸附柱的入料口连接；第一TBP色层吸附柱的出料口通过阀门分别与Al2O3+活性炭粉色层吸附柱的入料口和废液收集器连接；Al2O3+活性炭粉色层吸附柱的出料口和镓产品收集器连接；第二TBP色层吸附柱的出料口通过阀门分别与TEVA+DN色层吸附柱的入料口和废液收集器连接；TEVA+DN色层吸附柱的出料口和铀产品收集器连接。2.根据权利要求1所述的活化产物铀和镓的快速分离装置，其特征在于：所述管路采用硅胶管；所述阀门为电磁阀；所述输送泵为蠕动泵。3.根据权利要求1或2所述的活化产物铀和镓的快速分离装置，其特征在于：所述输送泵具有多个入口和出口，各储液槽分别和输送泵的不同的入口连接，输送泵的各个出口分别和P204或LN色层吸附柱的入料口连接，并分别通过阀门与第一TBP色层吸附柱和第二TBP色层吸附柱的入料口连接。4.一种活化产物铀和镓的快速分离方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：分离前制备将含铀和镓的放射性样品溶解于酸，形成放射性溶液；将酸溶解于水，形成水性洗涤液、水性...

【专利技术属性】
技术研发人员：凡金龙，卢嘉春，杜丽丽，师全林，刘志超，余功硕，张丽莉，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61