核素裂变样品的分析处理
核物理实验中的数据分析方法
核物理实验中的数据分析方法在核物理这一神秘而又充满魅力的科学领域中，实验是探索未知、揭示真相的重要手段。
而在核物理实验中，数据分析则是从海量的数据中提取有价值信息、得出科学结论的关键环节。
这就好比在一座蕴藏着无数珍宝的矿山中，数据分析方法就是我们手中的工具，帮助我们筛选、挖掘出那些珍贵的“宝藏”。
核物理实验所产生的数据通常具有高度的复杂性和不确定性。
这些数据可能来自于各种探测器、测量仪器，包含了粒子的能量、动量、位置、时间等多个维度的信息。
要从这些纷繁复杂的数据中找到规律、发现新的物理现象，就需要运用一系列有效的数据分析方法。
首先，让我们来谈谈数据的采集与预处理。
在核物理实验中，数据的采集往往是一个持续的过程，可能会持续数小时、数天甚至更长时间。
在这个过程中，确保数据的准确性和完整性至关重要。
这就需要对探测器和测量仪器进行精确的校准和调试，以减少系统误差。
同时，在数据采集过程中，还需要对环境因素进行监测和控制，例如温度、湿度、电磁场等，因为这些因素可能会对实验结果产生影响。
当数据采集完成后，接下来的工作就是数据的预处理。
这一步骤就像是对刚开采出来的矿石进行初步筛选和清洗，去除那些明显的杂质和错误数据。
常见的数据预处理方法包括数据清洗、去噪、归一化等。
数据清洗是指去除那些由于仪器故障、人为操作失误等原因产生的异常数据点。
去噪则是通过滤波等技术手段，减少数据中的噪声干扰，使数据更加清晰和可靠。
归一化则是将数据按照一定的规则进行缩放，使其具有可比性和一致性。
在完成数据的预处理后，我们就可以进入到数据分析的核心环节——数据分析方法的选择和应用。
在核物理实验中，常用的数据分析方法包括统计分析、拟合分析、蒙特卡罗模拟等。
统计分析是一种非常基础和重要的数据分析方法。
通过计算数据的均值、方差、标准差等统计量，我们可以对数据的集中趋势和离散程度有一个初步的了解。
例如，通过计算粒子能量的均值和方差，我们可以判断实验结果是否符合预期，以及数据的离散程度是否在可接受的范围内。
核物理实验中的数据分析与处理
核物理实验中的数据分析与处理在核物理这一神秘而充满挑战的领域中，实验是探索未知的重要手段。
然而，实验所产生的大量数据就如同未经雕琢的璞玉，只有通过精细的数据分析与处理，才能展现出其内在的价值和奥秘。
这一过程不仅需要深厚的专业知识，更需要严谨的科学态度和高效的方法。
核物理实验通常会涉及到各种复杂的探测器和测量设备，它们所采集到的数据量往往极为庞大。
这些数据可能包含了粒子的能量、动量、位置、时间等多个维度的信息。
例如，在粒子加速器实验中，每秒可能会产生数百万甚至数十亿的数据点。
面对如此海量的数据，如何有效地筛选、整理和分析，是摆在研究人员面前的首要难题。
在数据分析的初始阶段，数据的预处理至关重要。
这包括对数据进行清理，去除那些由于设备故障、环境干扰等因素产生的错误或异常值。
就好像在一堆珍珠中剔除掉有瑕疵的部分，为后续的加工打下良好的基础。
同时，还需要对数据进行校准和归一化，以消除不同测量条件和设备带来的偏差。
比如，不同探测器对同一粒子的测量结果可能存在差异，通过校准可以将这些结果统一到一个标准的尺度上。
接下来就是数据的分析方法选择。
常见的方法有统计分析、拟合分析和模式识别等。
统计分析可以帮助我们了解数据的分布特征，比如均值、方差、标准差等，从而对数据的整体情况有一个宏观的把握。
拟合分析则是通过建立数学模型，将实验数据与理论预期进行对比，以确定模型的参数和有效性。
模式识别则适用于从复杂的数据中发现隐藏的规律和模式，例如在粒子碰撞产生的碎片中识别出特定的粒子衰变模式。
以统计分析为例，假设我们在研究某种放射性核素的衰变过程，通过多次测量其衰变时间，得到了一系列的数据。
我们可以计算这些数据的平均值和标准差，以了解衰变时间的集中趋势和离散程度。
如果平均值接近理论预测值，而标准差较小，说明实验结果具有较高的可靠性和重复性。
在拟合分析中，常常会用到各种函数模型，如指数函数、高斯函数等。
比如，对于放射性衰变曲线，通常可以用指数函数进行拟合。
环境样品中镎的分析方法研究进展
96ECOLOGY 区域治理环境样品中镎的分析方法研究进展中国原子能科学研究院 放射化学研究所 方思源摘要：随着环境保护越来越受到关注，对于放射性污染关注度也变得越来越高，尤其是长寿命锕系元素，是裂变产物中重要的放射性来源，具有强放射性、高化学毒性，会对环境和人体产生很大的危害，因此是环境监测和后处理工艺分析中的重点研究对象。
由于其极长的半衰期、较高的环境迁移性及放射毒性，237Np成为环境放射性核素危害评价和高放废物地质处置中重点关注的核素。
本文主要调研了目前环境中237Np的来源及其在各种环境样品中的活度浓度水平，并针对已报道的分析方法，着重介绍样品的消解、快速富集、分离纯化及测量技术的研究进展，指出目前环境中痕量237Np准确分析的难点，展望镎的分析技术的发展方向和在环境治理中的应用。
关键词：237Np；环境样品；放化分离；核素测量技术中图分类号：X830.2文献标识码：A文章编号：2096-4595（2020）51-0096-0003随着核学科的发展，人们一方面追求核技术更成熟的应用,另一方面更加关注环境安全和公众健康。
长寿命痕量核素是裂变产物中重要的放射性来源，它的分离与测试研究领域是放射性污染环境治理、核法证研究、核素核数据测量﹑地球成因研究等方面的基础，也是目前国际上研究的热点[1]。
长寿命锕系元素具有强放射性、高化学毒性，会对环境和人体产生很大的危害，镎（Np）是其中之一，已知镎有19种具有放射性的同位素。
237Np ，半衰期T 1/2=2.14×106a 和236Np ，半衰期T 1/2=1.52×105a 是其中最稳定的。
相较于其他裂变产物，237Np 的放射性较低，但因其半衰期长，在环境中经化学反应、形态变化、生物浓缩﹑沉降吸收或吸附反应等过程后，积蓄在土壤、水系或生物体内，长期对环境构成危害[2]。
为了研究237Np 与大气和水体等介质的相互作用及其在自然环境中的行为，必须建立一套定量分析方法。
核反应堆中的裂变产物处理与废弃物管理
核反应堆中的裂变产物处理与废弃物管理核反应堆是一种利用核裂变或核聚变反应产生能量的设备。
在核反应堆中，裂变反应会产生大量的裂变产物，这些产物包括放射性核素和非放射性核素。
这些裂变产物需要进行有效的处理和管理，以确保核反应堆的安全运行和环境的保护。
一、裂变产物的处理1. 辐射防护核反应堆中的裂变产物具有辐射性，对人体和环境有一定的危害。
因此，在处理裂变产物时，必须采取有效的辐射防护措施。
这包括使用防护服、戴上防护面具和手套等个人防护装备，以及在处理区域周围设置辐射屏蔽物，减少辐射的泄漏。
2. 分离和提取裂变产物中含有一些有用的核素，如铀、钚等，可以进行分离和提取，用于核燃料再利用或其他用途。
分离和提取的方法包括溶剂萃取、离子交换、电解等。
这些方法可以有效地提高核燃料的利用率，减少核废料的产生。
3. 固化和封存裂变产物中的放射性核素需要进行固化和封存，以防止其对环境和人体造成伤害。
固化的方法包括将裂变产物与玻璃、陶瓷等材料混合，形成固体块状物，然后进行封存。
这样可以有效地限制放射性核素的释放和扩散。
二、废弃物的管理1. 分类和标识核反应堆产生的废弃物需要进行分类和标识，以便进行有效的管理和处理。
废弃物的分类包括放射性废弃物和非放射性废弃物，放射性废弃物又分为低放射性废弃物、中放射性废弃物和高放射性废弃物。
每种废弃物都需要进行相应的标识，以便在处理和储存过程中进行区分。
2. 储存和运输核反应堆产生的废弃物需要进行储存和运输，以确保其安全性和稳定性。
废弃物的储存可以采用深地贮存、地下贮存或水下贮存等方法，以减少对环境和人体的影响。
废弃物的运输需要采取专门的运输容器和设备，确保废弃物在运输过程中不会泄漏或造成其他安全问题。
3. 处置和处理核反应堆产生的废弃物需要进行最终的处置和处理。
处置的方法包括地下埋藏、海洋排放、深地贮存等。
处理的方法包括热处理、化学处理、物理处理等。
这些方法可以有效地降低废弃物的放射性和危害性，减少对环境和人体的影响。
核裂变反应原理及应用领域
核裂变反应原理及应用领域核裂变是指重核（铀、钚等）在中子轰击下发生的一种放射性衰变过程。
它是一种引发连锁反应的核反应，具有巨大的能量释放。
核裂变反应原理的探索和应用是核能开发和利用的基础，它在能源、医学和科学研究等领域具有重要的应用价值。
一、核裂变反应原理：核裂变反应原理是指重核在中子轰击下发生裂变，产生两个中子和释放大量能量的过程。
核裂变反应的开始需要外部的中子源提供中子，而链式反应则是靠裂变释放的中子继续激发裂变反应。
核裂变反应的步骤如下：首先，一个中子被重核（如铀235）吸收，并且裂变为两个碎片核，释放出两到三个新中子和大量能量。
然后，这些新中子继续轰击其他的重核，使其发生裂变。
这样的连锁反应会在极短的时间内迅速扩大，释放大量的能量。
重核裂变产生的能量主要来自于质量差异，即裂变碎片核总质量与初始核质量的差值。
核裂变反应的原理通过调整中子的能量和速度，选择合适的反应物质，可以实现连锁反应的控制。
核裂变反应能够实现自持维持的连锁反应过程，以及可控的温度和能量释放。
二、核裂变反应的应用领域：1. 核能发电：核裂变反应作为一种可再生、清洁和高能量密度的能源来源，在能源领域具有广泛的应用。
核能发电已经成为全球能源供应的重要组成部分之一，它具有可持续性和低碳排放的特点，可以减轻对化石燃料的依赖。
2. 核武器：核裂变反应的巨大能量释放也使其被应用于军事领域，发展核武器。
核武器技术的研发和应用对国家的安全战略和国际格局具有关键性的影响。
3. 放射治疗：核裂变反应释放的大量γ射线和子宫射线在医学领域具有广泛应用。
例如，放射治疗可以用于治疗癌症，通过破坏癌细胞的DNA结构来抑制其生长和扩散。
4. 同位素标记：核裂变反应可以产生一系列放射性同位素，这些同位素可以用于医学诊断和科学研究中的同位素标记技术。
通过标记不同分子的同位素，可以追踪物质在生物体内的转运和代谢过程。
5. 物质分析：核裂变反应也可以通过放射性同位素的衰变特性来实现物质的分析。
放射性核素的分离和分析技术的研究进展
放射性核素的分离和分析技术的研究进展放射性核素是指具有放射性特性的同位素，它们在核反应中释放出放射性粒子以及能量。
这种特殊的性质使放射性核素不仅在核能利用、核武器开发等领域具有重要的应用价值，同时也对环境和人类健康造成潜在的威胁。
因此，放射性核素的分离和分析技术在科学研究和生产实践中具有重要的意义。
一、放射性核素的分离技术放射性核素的分离技术是指从混合样品中将目标放射性核素提取出来的一种技术。
常用的分离方法包括离子交换、溶剂萃取、树脂吸附、蒸馏、超滤、电渗析和化学沉淀等。
不同的分离方法具有各自的特点和适应范围，在实际应用中需要根据不同的样品特性和需求选择适宜的方法。
离子交换法是将样品中的目标核素与离子交换树脂之间发生离子反应，通过选择不同的树脂和溶液条件可以达到目标核素的高效分离和纯化。
溶剂萃取法是利用多相体系中目标核素的分配行为实现分离纯化，常用的有三相萃取法和液液萃取法。
树脂吸附法是在适当的酸碱环境下，利用树脂对目标核素的亲合性实现纯化分离。
蒸馏法是利用核素的不同挥发性从样品中分离出单一成分。
超滤法是利用超微孔膜的分离作用，将大分子物质与小分子物质分离开来。
电渗析法是利用电荷和电动力将离子从一侧推向另一侧实现分离。
化学沉淀法则是利用某些物质与某些离子生成稳定的沉淀实现的分离纯化方法。
二、放射性核素的分析技术放射性核素的分析技术是指对样品中的放射性核素进行鉴定、测量、定量和监测的技术。
常用的分析方法包括放射性计数、放射化学分析、质谱分析、同位素标记技术、电化学分析等。
放射性计数是利用放射性核素特有的放射性衰变过程进行分析测量的方法。
常用的计数方法包括GM计数器、闪烁计数器、液闪计数器和多道计数器等。
放射化学分析是利用放射性核素在化学反应中具有特别的反应规律和特征进行分析的技术。
质谱分析是一种分析样品中的化学元素、同位素或分子的技术，常用的方法包括ICP-MS、AMS、SIMS等。
同位素标记技术是利用放射性同位素对分子进行标记，然后利用放射性计数或质谱分析等技术进行检测和测量。
核衰变实验数据分析与处理.
实验数据分析与处理:工作电压的选择:根据坪曲线规律,选择较为平坦时工作电压为880V。
测放射源计数率实验数据分析:实验分析:1. 探测器与放射源的几何位置应保持合理(两者不宜离开太远2.实验中要保证不触碰探测仪,因为本实验是一种强度测量,所以一切有可能影响探测器探测效率的因素都必须严格保持不变,如工作点要保持稳定探测器和源的几何位置也不可以改变。
3.实验数据分析时,软件曾出现提示框显示:“已超出正态分布范围,无法分析”的字样。
打开实验数据后发现实验的第一个数据与之后的数据相去甚远(后面数据均维持在3300~3500范围内,第一个数据为20000+的值,在去除第一个数据后分析实验,软件得以成功分析。
可能由于电压值发生一定变化导致第一个数据出现一定问题,须删除无效数据后进行数据处理。
思考题1.什么是坪曲线?谈谈坪曲线的测量在研究核衰变统计规律实验中的意义? 答:坪曲线是入射粒子的强度不变时,计数器的计数率随工作电压变化的曲线。
测定坪曲线是为了选择一个合适的工作电压,以减少电压漂移对实验的影响.工作点若选在坪区,即使仪器和探头的性能都有变化,也可使总计数率保持稳定。
所以应在曲线较平的部分以及源计数率高本底计数率相对较低处选择工作电压。
2.什么是放射性核衰变的统计性?它服从什么规律?答:放射性原子核衰变的过程是一个相互独立彼此无关的过程,即每一个原子核的衰变是完全独立的,与其他原子核是否衰变无关;因此放射性原子核衰变的测量计数可以看成是一种伯努里试验问题。
其统计分布满足一定的规律性,称此规律性为核衰变的统计性,它服从正态分布。
3.σ的物理意义是什么?以单次测量值N 来表示测量值时,为什么是N N ±?其物理意义又是什么?答:σ的物理意义是在相同条件下作重复测量时,每次测量结果围绕着平均计数值的一个涨落大小。
在实际运算中由于出现概率较大的计数值与平均值N 的偏差不大,我们可以用N 来代N ;因此对于单次测量值N ,可以近似地说在N N ±范围内包含真值的概率是68.3%,这样一来用单次测量值就大体上确定了真值的范围。
核反应堆中的裂变产物处理
核反应堆中的裂变产物处理核反应堆是一种利用核裂变反应产生能量的设备。
在核反应堆中，裂变反应会产生大量的裂变产物，这些裂变产物对环境和人类健康都具有潜在的危害。
因此，正确处理核反应堆中的裂变产物是非常重要的。
一、裂变产物的种类和特性核反应堆中的裂变产物主要包括放射性核素和非放射性核素。
放射性核素具有放射性衰变的特性，会释放出放射线，对人体和环境造成辐射危害。
非放射性核素则不具有放射性，但仍然需要进行处理，以防止对环境造成污染。
裂变产物的种类繁多，其中包括铯、碘、锶、钚等放射性核素，以及稳定的元素如钠、铝、铁等。
这些裂变产物的半衰期不同，从几秒到几百万年不等，因此需要采取不同的处理方法。
二、裂变产物的处理方法1. 放射性核素的处理放射性核素的处理主要包括储存、转运和处理三个步骤。
首先，放射性核素需要储存在特殊的容器中，以防止辐射泄漏。
这些容器通常由厚重的铅或混凝土制成，能够有效地吸收放射线。
其次，放射性核素需要进行转运，将其从核反应堆运送到专门的处理设施。
在转运过程中，需要采取严格的安全措施，以防止辐射泄漏和事故发生。
最后，放射性核素需要进行处理。
处理的方法包括固化、封存和埋地等。
固化是将放射性核素与其他物质混合，形成固体或液体废物，以减少其活性。
封存是将固化的废物封装在特殊的容器中，以防止辐射泄漏。
埋地是将封存的废物埋入地下，以防止对环境造成污染。
2. 非放射性核素的处理非放射性核素的处理主要包括回收和再利用两个步骤。
首先，非放射性核素可以通过化学方法进行回收。
化学方法可以将非放射性核素与其他物质分离，以便进一步利用。
其次，回收的非放射性核素可以进行再利用。
再利用的方法包括回收利用和工业利用两种。
回收利用是将非放射性核素重新加工，使其具有新的用途。
工业利用是将非放射性核素用于工业生产，如合金制备、催化剂制备等。
三、裂变产物处理的挑战和前景核反应堆中的裂变产物处理面临着许多挑战。
首先，放射性核素的处理需要高度的安全性和技术水平，以防止辐射泄漏和事故发生。
核素裂变截面分析
核素裂变截面分析6.1 核反应截面测量原理6.1.1 裂变截面的计算公式推导假定样品质量为M ，母核X 的原子量为A ，丰度为η，测量时间为T 3，反应道X(n,b)Y 的截面值为σ，样品辐照时间为T 1，辐照期间的平均中子注量率为φ（由27Al(n,α)24Na 监测反应测得）冷却时间为T 2，如图6.1.1所示。
t 0 t 1 t 2 t 3图6.1.1 时间示意图根据人工放射性随时间的生长规律[20]，在样品辐照时间T 1内的任一时刻t ，单位时间内产生放射性子核Y 的净数目为：N N AMdt dN A ληφσ-= (6.1.1) 式中，N A 为阿伏伽德罗常量，λ为生成子核Y 的衰变常量。
由初始条件t=0时，N=0解式（6.1.1）可求得，在辐照时间T 1内的任一时刻t ，样品中生成子核Y 的数目为：)1()(t A e A MN t N λληφσ--=(6.1.2)照射结束（t=T 1）时，样品中生成子核Y 的数目为：ληφσληφσλA S MN e A MN T N A tA =-=-)1()(1 (6.1.3)式中，11Te S λ--=称为饱和因子。
开始测量（t=T 1+T 2）时，样品中生成子核Y 的数目为：212)1()()(121T T A T e e A MN eT N T T N λλλληφσ----==+(6.1.4)设生成的放射性核Y 放出的特征γ射线的分支比为I γ，探测器对其全能峰探测效率为p ε，在测量时间T 3内，测到特征γ射线的全能峰计数为C ，计数的总校正因子F=F s *F c *F g （随后给出计算公式的详细推导），中子注量率随时间波动的校正因子K ，则有效的特征γ射线的全能峰计数应为：⎰-+=⋅321)(T p t dtI e T T N C F ελγλ)1()1(321T T T pA e e e AI K MN λλλγλεφση-----=SD AI K MN pA λεφσηγ=(6.1.5)式中，)(32232)1(T T T T T e e e e D +-----=-=λλλλ称为测量收集因子。
199820(02)放射化学分离裂变产物中~(79)Se的新流程
第20卷 第1期核 化 学 与 放 射 化 学V o l.20 N o.1 1998年 2月Jou rnal of N uclear and R adi ochem istry Feb. 1998放射化学分离裂变产物中79Se的新流程3李春生 郭景儒 李大明 孙宏清 崔安智(中国原子能科学研究院放射化学研究所,北京102413) 因加速器质谱法(AM S)测定79Se半衰期的需要,建立了一个从裂变产物中放化分离79Se的新流程。
流程以硝基苯萃取2二氧化硫沉淀为主要步骤,避免了经典的SeB r4蒸馏法带来的79B r对79Se的同量素污染。
流程的化学回收率大于60%,对所要分离的各种放射性核素的去污能力满足要求。
采用液闪方法测量79Se的放射性活度,并对影响活度测量的各种因素进行了详细的研究。
用本流程获得的79Se可成功地用于其半衰期的测量工作中。
关键词 79Se 放化分离 裂变产物 萃取 沉淀 中图分类号:O6581279Se是一个长寿命裂变产物核素。
在核废物处置过程中,需要知道其半衰期的准确值及其在核废物中的总含量。
然而,由于实验方法或技术的限制,文献中有关79Se半衰期的数据十分混乱[1—3]。
用加速器质谱法(AM S)测定79Se的半衰期需要获得放化纯且没有溴(含有同量素79B r)污染的79Se样品。
溴化物蒸馏2二氧化硫沉淀是从裂变产物中放化分离硒的经典流程[1],但依此流程得到的硒存在着严重的溴污染。
本工作选择硝基苯萃取[4]代替溴化物蒸馏步骤,采用液闪技术测量79Se的放射性活度,以建立一个79Se放化分离的新流程。
1 实验部分111 硒载体溶液的配制和标定称取35g N a2SeO3(分析纯),溶于水,配制成500mL溶液,作为分离实验中79Se的载体溶液。
称取一定量的上述溶液(约1g),加15mL1m o l L N aH SO3溶液,调酸度至5m o l L HC l 使Se沉淀析出。
裂变产额差异法测量_235_U丰度
UU UUY (1H )δU UU UY (1H )δY (1H )δ裂变产额差异法测量235U 丰度乔亚华1陈海英1张敏1杨毅2刘世龙2吴继宗21（环境保护部核与辐射安全中心北京100082）2（中国原子能科学研究院北京102413）摘要利用裂变产额差异法，从裂变产额质量分布曲线，选取位于双驼峰曲线两翼的裂变产物的产额随可裂变核素的不同有很大变化的核素88Rb、104Tc 和92Sr 作为测量对象，选择平均裂变产额比Y/ Y、Y/ Y88 Rb104 Tc92 Sr104 Tc为监测对象，研究了平均产额比与铀丰度之间的关系曲线，获得了平均产额比Yi/ Yj随丰度H0 变化的关系式Y1/Y2=f(H0 )。
利用两条关系曲线分别对72.2%的模拟样品测量5 次，RSD 均优于2%。
将样品分析结果与无源γ射线法的结果相比较，两种方法在规定的误差范围内结果是一致的。
关键词裂变产额，铀同位素，丰度，差异法中图分类号TL275核燃料元件棒是燃料组件的关键部分，燃料元件中芯块的235U 同位素丰度检查是确保核燃料元件在堆中安全可靠运行非常重要的质量控制环节，目的是避免燃料棒在反应堆运行过程中由于235U 富集是一种非常好的中子质询分析源，以其为激发源有可能建立一种灵敏、快速、直接测定铀同位素丰度的方法和装置[3] ，已经在这方面开展了许多工作[4–6]。
本文在前期研究的基础上，选择Y/ Y、88 Rb104 Tc度位置上的不均匀产生的热点可能引起的燃料棒破Y/ Y为研究对象，通过测定其裂变产额比，利92 Sr104 Tc裂。
目前核燃料元件丰度检测的非破坏性的方法有无源γ射线法和252Cf 中子活化分析两种。
无源式燃料棒235U 丰度检测的特点是方法简便，设备造价低，使用安全，缺点是检测速度低，难以满足大量生产核燃料元件的需要。
最大的问题是测量精确度受到芯块年龄影响，用新鲜芯块制造的燃料棒必须等待四个月以上才能进行丰度测量[1]。
核电厂气态流出物监测样品分析中的核素衰变校正应用探讨
㊀第43卷㊀第1期2023年㊀1月㊀辐㊀射㊀防㊀护Radiation㊀ProtectionVol.43㊀No.1㊀㊀Jan.2023㊃辐射防护监测㊃核电厂气态流出物监测样品分析中的核素衰变校正应用探讨尹旺明,尤成懋,梅翔杰,周克波(大亚湾核电运营管理有限责任公司,广东深圳518000)㊀摘㊀要:在放射性样品分析工作中,样品测量阶段㊁闲置阶段㊁采样阶段都涉及到核素衰变校正㊂根据放射性核素的衰变规律,阐明了这三种类型的衰变校正方法原理及其系数的计算㊂针对核电厂气态流出物中短半衰期的放射性惰性气体和碘核素的监测分析工作,研究了对监测样品分析结果进行衰变校正的必要性㊂基于实验测量结果,探讨了衰变校正对γ能谱分析法中核素的活度浓度探测下限的影响㊂介绍并分析了核电厂气态流出物监测样品分析工作中的衰变校正方案,对于短半衰期放射性惰性气体和碘核素,采用合理保守的衰变校正方案,可减少监测分析中的偏差,同时又可保证统计排放量的偏保守性㊂关键词:核电厂;气态流出物;衰变校正;短半衰期核素;惰性气体;碘;探测下限;排放量中图分类号:TL75+1;TL817+.2文献标识码:A㊀㊀收稿日期:2022-03-09作者简介:尹旺明(1982 ),男,2006年毕业于成都理工大学核工程与核技术专业,获工学学士学位,2010年毕业于东华理工大学核技术及应用专业,获工学硕士学位,工程师㊂E -mail:ywm2101@㊀㊀我国法规要求在核电厂运行期间要开展气液态流出物的自行监测和监督性监测工作,根据压水堆核电厂的气态流出物系统的运行特点,可将气态流出物分为间歇排放和连续排放,气态流出物监测按测量方式不同可分为连续在线监测㊁采集监测样品(采样)后送实验室测量,气态流出物监测项目应包括:惰性气体㊁碘㊁气溶胶粒子(T 1/2>8d)㊁氚㊁碳-14等[1-4]㊂对于惰性气体和碘两个监测项目,要求测量分析的人工核素至少包括:41Ar㊁85Kr㊁131m Xe㊁133Xe㊁133m Xe㊁135Xe㊁131I㊁133I,其中除85Kr 外均为短半衰期核素㊂对于γ核素的监测方法,推荐采用高纯锗γ能谱分析法,通过对监测样品的测量分析,从而确定气态流出物中人工γ核素的活度浓度并评估其排放量[3-4]㊂对于辐射环境监测技术领域中样品分析,国内已有不少相关标准要求,当样品采样时间㊁放置时间和测量时间大于待测核素的半衰期时,应对核素在各时间间隔的衰变进行校正[4-7]㊂但是针对核电厂气态流出物监测实际工作中短半衰期核素的衰变校正,目前我国核电行业的监管标准中尚未有规范性说明[1-3]㊂在国外的同类标准中,特别指出了短半衰期核素分析中的问题,要求考虑对分析结果进行衰变校正并采取适当方法来确保分析偏差最小化[8]㊂因此,针对核电厂气态流出物监测中短半衰期人工核素涉及的衰变校正应用问题,有必要根据实际监测工作的特点进行全面的研究,确定科学合理的衰变校正方案㊂本文就核素衰变校正在气态流出物监测样品分析中的具体应用情况进行了一些探讨分析,介绍并分析了核电厂烟囱气态流出物监测样品的衰变校正方案,并对未来工作提出了一些建议㊂1 核素衰变校正原理㊀㊀通常放射性样品从开始采样到γ能谱采集完的整个时间轴上共需经过3个阶段过程(如图1所示)㊂对应了三种类型的衰变校正,分别为:样品γ能谱测量过程中的衰变校正(下文简称为测量衰变校正),对应的校正系数为C d1;样品开始测量前的闲置过程(包括样品运输传递㊁前处理制备㊁放置等待时间等)中的衰变校正(下文简称为闲置衰变校正),对应的校正系数为C d2;样品连续累积采样过程中的衰变校正(下文简称为采样衰㊃55㊃㊀辐射防护第43卷㊀第1期变校正),对应的校正系数为C d3[4-10]㊂通过对样品中核素分析结果进行衰变校正,从而得到采样开始时刻的活度浓度㊂图中t s ㊁t d ㊁t r 分别代表样品连续采样时间㊁样品闲置时间㊁样品测量实时间㊂图1㊀衰变校正时序示意图Fig.1㊀Schematic diagram of decay correction timing1.1㊀测量过程和闲置过程中的衰变校正㊀㊀根据放射性核素衰变(活度变化)随时间增长呈负指数规律递减的衰变客观规律,在放射性测量分析中,需根据某一时刻测得的活度水平反推出初始时刻(或参考时刻)的活度水平㊂如图2所示,测量过程中探测到的原子核衰变数目(由A M 和t r 确定的矩形部分的面积)应等于指数衰变曲线下的阴影部分面积[10]㊂阴影部分的积分面积可用数学公式表示为:ʏt r 0A T ㊃e-λ㊃td t =A T ㊃(1-e-λ㊃tr)λ(1)式中,A T 为测量开始时刻(见图1中的T M )样品中核素的真实活度,Bq;t r 为样品测量的实时间,s;λ为放射性核素的衰变常数,s -1㊂由此可推算出测量开始时刻核素的真实活度为:A T =A M ㊃λ㊃t r(1-e-λ㊃tr)(2)式中,A M 为仪器测得的活度值,Bq㊂因此可知,测量衰变校正系数(C d1)为:C d1=λ㊃t r1-e-λ㊃tr(3)㊀㊀国内外相关标准中均提醒用户在做样品γ能谱测量分析时应执行测量衰变校正[4-7,9,11]㊂对于极短半衰期核素而言,在γ能谱测量过程中不能忽略测量衰变校正系数㊂如果被分析的核素半衰期与样品测量的时间相比大于100倍,该校正系数可以直接取为1[7,11]㊂从一个参考时间点(如图1中的样品采样结束时刻T s )到样品开始测量时间点的这段时间中,样品中放射性核素的活度按指数规律衰减(如图2所示),即A 0与A T 的关系为:A 0=A T ㊃eλ㊃t d(4)式中,A 0为样品在参考时刻的活度,Bq;t d 为样品闲置时间(即从样品结束采样到开始测量时经过的时间),s㊂因此可知,闲置衰变校正系数C d2为:C d2=eλ㊃t d(5)图2㊀放射性衰变规律及测量过程中的衰变校正原理示意图Fig.2㊀Schematic diagram of radioactive decay lawand decay correction during measurement㊃65㊃尹旺明等:核电厂气态流出物监测样品分析中的核素衰变校正应用探讨㊀1.2㊀采样过程中的衰变校正㊀㊀设定理想情况为在给定采样时间内,大气或气体排放流中所含某放射性核素的浓度保持均匀,并假设以恒定流量被收集到一个滤材样品上(通常为滤纸或活性炭滤筒),对于某一个放射性核素(如131I)而言,滤材样品中该放射性核素的原子核数目随着收集累积不断增加,同时又因自身的衰变在不断减少,该核素的原子核数目N 随时间t 的变化规律可表示为下面的微分方程[9,12-14]:d Nd t=P -λ㊃N (6)式中,P 为单位时间内累积到滤材上的核数目,个数㊂设定样品采样过程中的流量恒定,则P 为:P =C ㊃q λ=C ㊃Vλ㊃t s,(其中V =q ㊃t s )(7)式中,C 为大气或均匀气态排放流中核素的活度浓度值,Bq /m 3;q 为采样器的流量率,m 3/s;V 为连续累积采样的气体体积,m 3;t s 为样品采样时间(见图1),s㊂解式(6)微分方程并利用起始条件(t =0时,N =0),可得样品中累积收集的原子核数目N (t ),随时间的变化规律为:N (t )=P λ㊃(1-e -λ㊃t )(8)㊀㊀则样品中该核素的活度A (t )随时间的变化规律为:A (t )=λ㊃N (t )=P ㊃(1-e -λ㊃t )=P ㊃1-e-t ㊃ln2T 1/2()=P ㊃1-2-tT1/2()(9)式中,T 1/2为核素的半衰期,s㊂联立式(7)和式(9),从而可得大气或气体排㊀㊀㊀㊀放流中该核素的活度浓度为:C =A T s V ㊃λ㊃t s1-e -λ㊃ts(10)式中,A T s 为在采样结束时刻(见图1中的样品采样结束时刻T s )时样品中该核素的活度,Bq㊂由此可知,采样衰变校正系数C d3为:C d3=λ㊃t s1-e -λ㊃ts(11)㊀㊀由式(9)还可以算出样品中核素活度随时间的变化规律,当t 足够大时,核素活度A 为饱和值P ,当采样时间为5个半衰期时,活度就非常接近饱和值了(达到0.969P )[14]㊂因此对于此类采样方式的样品,需根据待监测的核素合理设置采样时长㊂对于空气中长半衰期核素的γ能谱分析,如果待测核素半衰期与样品采样时长相比大于100倍,通常实际工作中采样衰变校正的影响可忽略不计,即该校正系数可以直接取值1[7]㊂2㊀气态流出物监测中的特征短半衰期核素㊀㊀在核电厂气态流出物监测关注的人工特征核素项目中,惰性气体和碘多为短半衰期γ核素,表1列出了这些典型代表核素的衰变数据[3,15],除85Kr 外均为短半衰期核素㊂对于核设施流出物中的这些特征γ核素,均可采用成熟的γ能谱分析法进行测定[3-7]㊂在气态流出物监测样品分析中,对于半衰期特别短的惰性气体和碘核素,需考虑其活度在测量过程和闲置过程中均有显著的衰变;对于短半衰期的碘核素,还需要考虑在连续累积采样过程中的衰变影响㊂表2~表4分别列出了短半衰期核素对应不同时长下的三种类型的衰变校正系数㊀㊀㊀㊀㊀㊀表1㊀惰性气体和碘核素的核衰变数据Tab.1㊀Nuclear decay data of noble gases &iodine radionuclides㊀辐射防护第43卷㊀第1期变化情况㊂由表2~表4中的数据可知,在核电厂的气态流出物实际监测工作中,对于监测样品中短半衰期惰性气体核素和碘核素的分析结果,如果未考虑衰变校正,将导致样品分析出的核素活度浓度结果与实际情况存在较大偏差㊂因此在核电厂气态流出物监测样品分析工作中,有必要合理考虑核素的衰变校正㊂表2㊀核素的测量衰变校正系数(C d1)值随测量时间(t r )的变化Tab.2㊀Decay correction factors (C d1)for radionuclides with measurement time (t r )表3㊀核素的闲置衰变校正系数(C d2)值随闲置时间(t d )的变化Tab.3㊀Decay correction factors (C d2)for radionuclides with the delayed time (t d )表4㊀碘核素的采样衰变校正系数(C d3)随采样时间(t s )的变化Tab.4㊀Decay correction factors (C d3)for radioiodines with the sampling duration (t s )3㊀衰变校正对核素活度浓度探测下限的影响分析放射性流出物排放量统计是流出物监测工作中的一个重要环节㊂按照我国现行国家标准规定,我国现有运行核电厂在进行流出物排放量统计时,对低于探测限的测量结果,按探测限的二分之一取值进行[2]㊂因此核素活度浓度探测下限的大小可直接影响最终的统计排放量㊂根据低活度测量时γ能谱法定义核素比活度的探测下限(minimum detectable concentration,MDC )的公式[4,7,11-12,16-17],在核电厂气态流出物监测样品的测量方法中,对于抽(抓)取的一定体积的惰性气体样品的测量分析,只需考虑测量衰变校正和闲置衰变校正,则样品中某核素的活度浓度的探测下限计算公式为:MDC =4.66㊃b ROIε㊃P γ㊃Q ㊃t r㊃C d1㊃C d2=4.66b ROIε㊃P γ㊃Q㊃λ㊃t r1-e-λ㊃tr㊃eλ㊃t d(12)式中,MDC 为样品中核素活度浓度的探测下限,㊃85㊃尹旺明等:核电厂气态流出物监测样品分析中的核素衰变校正应用探讨㊀Bq /m 3;b ROI 为样品γ谱上核素特征γ峰区内的本底计数率(主要来自周围环境本底中核素和样品自身中其它高能γ核素的康普顿散射连续谱的贡献),s -1;ε为谱仪对核素特征γ峰的探测效率;P γ为核素特征γ射线的发射几率;Q 为测量方法确定的样品规格体积,m 3㊂对于连续累积采样的样品(如:空气中的碘或气溶胶的采样)的测量分析,需同时考虑三种类型的衰变校正,根据设定条件V 等于q ㊃t s ,代入相关参数,可以推出:MDC =4.66㊃b ROIε㊃P γ㊃V ㊃t r ㊃C d1㊃C d2㊃C d3=4.66b ROIε㊃P γ㊃q㊃λ㊃t r1-e -λ㊃tr㊃eλ㊃t d㊃λ1-e-λ㊃ts(13)㊀㊀由式(12)㊁(13)可知,探测下限与谱仪系统本底㊁谱仪探测效率㊁测量时间㊁闲置时间㊁采样时间及采样瞬时流量等参数密切相关㊂因此,在气态流出物监测样品分析工作中,对于短半衰期核素,有必要研究衰变校正对探测下限的影响㊂3.1㊀测量及闲置衰变校正对惰性气体核素探测下限的影响对于核电厂流出物低活度水平放射性核素的监测,当测量仪器条件不变时,可采取以增加样品的取样体积和延长测量时间这两条简便途径来降低分析测量方法探测限[18-19]㊂通常对于低活度样品γ能谱测量,核素特征峰区内的本底计数率在测量过程中基本恒定[20]㊂因此由式(12)可知,当闲置衰变校正系数值一定时,核素的MDC 只是测量时间的函数(与λ㊃t r1-e -λ㊃tr因子项相关),适当延长测量时间可降低MDC ,但当测量时间超过临界点后,MDC 将随测量时间的继续延长后反而开始升高㊂图3为根据烟囱惰性气体样品实验测量的数据绘制的核素MDC 变化曲线图,由图3可以看出,延长测量时间后的核素MDC 结果变化趋势与理论相符㊂对于半衰期短的核素不能无限制延长测量时间,已有研究文献给出结论:对于任意的核素,γ能谱测量时间约为1.85倍半衰期时可得到最小的MDC [20]㊂图3㊀惰性气体核素的MDC 随样品测量时间的变化Fig.3㊀Change of noble gases radionuclides ’MDC with measurement time㊀㊀对于短半衰期核素的分析,监测工作中通常要求尽量缩短闲置时间,即样品采样结束后应尽快进行测量分析㊂当需改进同一样品中长半衰期核素的MDC 时,还可留出时间使短半衰期干扰核素的活度尽量衰变减少[8]㊂这一典型代表情形为对安全壳内惰性气体样品的分析,当样品中同时含有高活度水平的41Ar 时,41Ar 的高能γ射线的康普顿散射连续谱的贡献而显著抬高85Kr㊁131m Xe㊁133m Xe 等的MDC ㊂因此如果对安全壳惰性气体样品放置适当时间后再测量(让41Ar 适当衰变减少),可显著降低85Kr㊁131m Xe㊁133m Xe 等的MDC ㊂同样在环境监测工作中,可让空气气溶胶样品闲置适当时间后才进行测量,使样品中短寿命天然氡子体核素尽量衰减,从而减少对关注的人工核素的干扰影响㊂3.2㊀采样衰变校正对碘核素探测下限的影响㊀㊀对于连续累积采样方式的碘滤盒样品,由式(13)可知,当只考虑采样衰变校正的影响时,且采样瞬时流量假定恒定时,核素的MDC 只是采样瞬㊃95㊃㊀辐射防护第43卷㊀第1期㊀㊀㊀㊀㊀时流量和采样时间的函数(与λ1-e-λ㊃ts因子项相关)㊂图4为根据监测烟囱气态流出物碘盒样品而做的实验测量数据结果绘制的核素MDC 变化曲线图(样品测量活时间为5000s,采样流量率设定为每天60m 3),由图4可以看出,随着采样时间的不断延长,碘盒样品中131I㊁133I 的MDC 值快速下降,但采样时长各自经过5个半衰期后基本已达到一个稳定的最小极限值㊂理论和实验结果证明,为了降低碘盒样品中碘核素的MDC ,当样品测量时间已经适当长后,且监测方法的其它影响条件一定时,降低MDC 的正确有效可行方法为:确定适当长的采样时间㊁增大采样瞬时流量㊂图4㊀碘核素的MDC 随采样时间的变化Fig.4㊀Change of iodine radionuclidesMDC with sampling duration4㊀核电厂气态流出物监测样品分析中的衰变校正4.1㊀气态流出物监测样品的采样㊀㊀对于典型的轻水压水堆核电厂,我国目前核电行业的监管标准中要求对3种类型(系统)的气态流出物开展监测采样,包括:废气贮存箱,安全壳内空气扫气,烟囱的连续性排气[3,21]㊂按照气体的排放方式区分,废气贮存箱和安全壳内扫气属于间歇性排放(批量排放),烟囱排气属于连续性排放㊂根据气态流出物系统的运行特点,并保证监测采样方案技术满足及时性和代表性的要求,确保监测结果可信性,可将气态流出物监测样品的采样频次分为排放前的代表性抓样和连续排放的定期累积采样[1,3]㊂在现行标准中,对惰性气体的监测,要求分析核素至少包括:41Ar㊁85Kr㊁131m Xe㊁133Xe㊁133m Xe㊁135Xe;对碘的监测,要求分析核素为131I㊁133I [3]㊂正常情况下核电厂烟囱连续排出气流中人工核素的活度浓度水平极低,为降低监测方法的核素探测下限,对烟囱气态流出物中的卤素㊁气溶胶核素和氚㊁碳-14样品采用长周期(7~8天为1个采样周期)方式采样,所以在实际监测工作中,对烟囱气态流出物每月进行四次采样㊁分析频次,采样日期原则上可固定为每月中的7㊁14㊁21日和月底[3]㊂4.2㊀3种类型(系统)的气态流出物监测结果㊀㊀废气贮存箱的监测样品采样方式为直接从隔离封闭的罐内代表性取样,因此对于废气贮存箱样品而言,从取样到测量到开始排放的时间过程中,罐子中的放射性核素同步持续衰减,且由于排空过程需持续一段时间(不是在监测放射性核素含量的瞬间排出时),使得实际上排出的放射性核素活度浓度会略低于样品开始测量时的结果㊂所以对废气贮存箱样品的分析,均不需做闲置衰变校正和采样衰变校正,但保留进行测量衰变校正可使分析结果更偏保守㊂在反应堆稳定功率运行期间,安全壳内大气中活化核素41Ar 的活度浓度基本保持平衡[22-23]㊂又因核电厂燃料元件包壳破损概率很低,正常运行一回路的泄漏率通常设定为常数,因此实际工作中可以认为安全壳内空气中短寿命惰性气体核素的活度浓度也基本保持稳定[23-24]㊂虽然41Ar 的半衰期很短,根据上文分析结果可知,因气体样品中41Ar 的衰变减少,实际还有助于降低样品中85Kr㊁131m Xe㊁133m Xe㊁133Xe 等的探测下限㊂因此,在实际监测工作中,对于安全壳惰性气体样品,在样品采出后可以闲置适当时长后才开始测量,并对分析结果进行闲置衰变校正和测量衰变校正㊂核电厂正常运行期间,通常烟囱中惰性气体㊁卤素和气溶胶核素通常均为低活度浓度水平,已有实验研究表明这些核素的实际活度浓度水平基本低于(部分核素甚至远低于)运营单位的监测方法的探测下限[18-19]㊂考虑到实际监测工作中的探测下限较高,所以对于低于探测下限的相关测量结果,按二分之一探测下限取值法统计出的排放㊃06㊃尹旺明等:核电厂气态流出物监测样品分析中的核素衰变校正应用探讨㊀量是偏保守的,导致统计排放量远高于真实排放量㊂对于烟囱中低于探测下限的卤素核素而言,由式(13)和表4中数据可知,对探测下限结果进行采样衰变校正后,按采样7天时间算,131I的探测下限将增加0.33倍,133I的探测下限将增加4.62倍㊂考虑到在燃料包壳有破损的换料大修期间,有可能会在烟囱连续排放的气态流出物中检测出略微大于探测限的碘核素(典型代表核素为131I)㊂另外在下游各类通风子系统上开展碘过滤器吸附效率试验(使用131I源)期间,较短时段内会有131I 排入烟囱,因此也可在烟囱碘盒样品中测出略大于探测限的131I㊂为此根据碘过滤器吸附效率试验实际情况,设想存在3种极端的排出形式,并和理想恒定式排放情形进行比较分析㊂对于连续7天的采样周期的烟囱碘盒样品,假定分别在这4种情形下,仪器从采样的碘盒中测量出的131I活度浓度值均相同(大于探测下限),表5列出了在这4种排放情形下,烟囱碘盒样品中131I的衰变校正系数真实变化情况及在7天周期中131I的理论排放量㊂对于表5中3种极端形式中任意一种,如果进行简化考虑,即都按照均匀排放式进行采样衰变校正,那么统计出这7天内的131I统计排放量就都相同㊂上述分析表明,对于烟囱中碘的排放监测,统一简化采用理想均匀排放式的采样衰变校正做法,对测量结果进行采样衰变校正和闲置衰变校正,排放量统计结果冗余较高㊂表5㊀烟囱中131I在不同排出情形下的理论排放量比较131时刻作为闲置时间段的终点;3)为便于直观比较,选取7天连续均匀排出方式的统计排放量作为基准值㊂5㊀结论与建议5.1㊀结论㊀㊀在核电厂气态流出物的实际监测工作中,准确测量出气态流出物中放射性核素的排放活度浓度水平,有助于核素排放量的更准确统计分析㊂核素衰变校正可影响监测样品中短半衰期核素的分析结果及其探测下限,针对短半衰期的惰性气体核素和碘核素的监测分析,有必要合理考虑进行测量过程㊁闲置过程㊁采样过程的衰变校正,从而解决分析出的气态流出物中短半衰期惰性气体核素㊁放射性碘的活度浓度值常较实际情况偏低的问题,给出更接近于真实情况的的核素活度浓度值㊂为了降低核素活度浓度的探测下限,对于短半衰期核素需要考虑确定适当长的测量时间;对于连续累积采样式的碘盒样品,还须考虑确定适当长的采样时间并尽可能增大采样瞬时流量㊂核电厂应根据实际情况出发,综合考虑各类气态流出物系统的运行特点及统计排放量贡献占比情况㊁监测样品采样方式及样品闲置时间㊁流出物中核素的低活度水平与监测方法探测下限,本着合理保守及对公众受照剂量评估负责的原则,确保制定的气态流出物监测样品分析中的衰变校正方案整体上是合理且偏保守的,通过对样品采样㊁闲置和测量期间的放射性衰变进行校正,减少核素测量分析结果的偏差,保障统计排放量的偏保守性㊂但对于实际工作中涉及的一些特殊性问题,还应根据实际情况研究确定,本文对此不展开讨论㊂本文的研究结果可供国内同行业工作者们交流探讨,也可供开展辐射环境监测工作时参考㊂5.2㊀建议㊀㊀(1)针对短半衰期的惰性气体核素和碘核素,建议国内各核电厂运营单位在评估其测量方法的探测下限时,统一考虑衰变校正,并明确具体说明在计算探测下限时的衰变校正应用情况,以便于㊃16㊃㊀辐射防护第43卷㊀第1期行业内对数据结果的准确解读和交流;同时应结合各自电厂的机组系统运行特点和监测方案实际情况,对气态流出物监测结果合理进行衰变校正,解决因未充分考虑核素衰变影响而潜在导致的统计排放量存在明显偏差的问题㊂(2)建议监管部门组织研究㊁完善核电厂流出物放射性核素监测及排放量统计相关方面的标准方法,具体内容包括:放射性核素监测项目㊁气态流出物监测样品分析中针对短半衰期核素的衰变校正的具体应用㊁分析结果小于探测下限时的处理与报告方法㊁核素排放量统计与核算方法及误差评估等㊂建议升版或完善相关流出物监测标准,规范统一指导行业内用户在工作过程中的做法,提升我国核电厂流出物监测工作的科学规范性,帮助实现流出物核素排放量统计结果的公正客观性㊂参考文献:[1]㊀中国原子能科学研究院.核设施流出物监测的一般规定:GB11217 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核反应堆的裂变产物与放射性废物处理方法
核反应堆的裂变产物与放射性废物处理方法核反应堆是一种能够利用核裂变反应产生能量的设备。
在核反应堆中，裂变产物和放射性废物是不可避免的产物。
这些产物具有高度的放射性，对人类和环境都具有潜在的危害。
因此，正确处理核反应堆的裂变产物和放射性废物是至关重要的。
本文将介绍核反应堆的裂变产物和放射性废物的特点，并探讨几种常见的处理方法。
一、核反应堆的裂变产物核反应堆的裂变产物是指在核反应过程中产生的各种放射性核素。
这些核素主要包括放射性同位素、裂变产物和活化产物等。
放射性同位素是指具有放射性的同位素，它们具有不稳定的原子核，会通过放射性衰变释放出能量。
裂变产物是指在核裂变过程中产生的核素，它们是裂变链的一部分，具有较短的半衰期。
活化产物是指在核反应过程中，非放射性物质被中子激发后转变为放射性核素。
核反应堆的裂变产物具有高度的放射性，对人体和环境具有潜在的危害。
因此，正确处理这些裂变产物是非常重要的。
二、放射性废物的处理方法1. 高温熔融法高温熔融法是一种将放射性废物与玻璃或陶瓷等材料熔融在一起的方法。
这种方法可以将放射性废物固化在玻璃或陶瓷中，防止其释放到环境中。
同时，熔融过程中的高温可以将放射性废物中的有机物质和挥发性元素破坏掉，减少其对环境的污染。
2. 地下处置法地下处置法是一种将放射性废物埋藏在地下的方法。
这种方法可以将放射性废物与环境隔离开来，减少其对人类和环境的危害。
地下处置通常选择地质条件稳定的地区，将放射性废物封存在深层地下，以防止其泄漏到地表或地下水中。
3. 中子俘获法中子俘获法是一种利用中子俘获反应将放射性废物转变为稳定核素的方法。
这种方法通过将放射性废物暴露在中子源中，使其发生中子俘获反应，将放射性核素转变为稳定核素。
这种方法可以减少放射性废物的放射性，降低其对人类和环境的危害。
4. 放射性同位素分离法放射性同位素分离法是一种将放射性废物中的特定核素分离出来的方法。
这种方法通过化学或物理手段，将放射性废物中的特定核素与其他核素分离开来。
环境中放射性核素的形态分析技术
９６
由于ＩＣＰ．ＭＳ在元素检测上的特效性及高灵敏度以及毛细管电泳在元素形态（价态及各种化 合态）分离上的高效率，近年来ＣＥ与ＩＣＰ．ＭＳ的联用受到特别重视。ＥＳ．ＭＳ可研究金属与 配体的相互作用，确定稳定常数，应用于金属和有机分子的络合反应。灵敏度与ＴＲＬＦＳ相近。 近年来，还出现了其它一些联用技术，如Ｂｏｕｂｙ等Байду номын сангаасＵＶ－Ｖｉｓ（紫外可见光谱法）分析胶体的有 机成份，用ＩＣＰ．ＭＳ分析其中的无机成份，再结合用ＬＩＢＤ（激光诱导分解光谱法ｌａｓｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）法对腐殖质胶体的数量和粒径进行了测定。目前各种形态研究方法 的联用己成为放射性核素化学形态研究的发展方向。
环境中放射性核素的形态分析技术
余振华，杨春莉，赵雅平，丁有钱，毛国淑，张生栋
中国原子能科学研究院放射化学研究所，北京 １０２４１３
放射性核素在环境中的迁移、扩散等与其形态是紧密相关的。因此，进行形态分析有助 于更好地了解放射性核素的迟滞，迁移和生物活性，这些特点关系到放射性废物的处置和环 境安全。
分析环境中放射性核素形态的主要困难不仅在于其含量低，而且在真实的环境下，它们 具有复杂多变的化学形态，尤其是具有多价态的放射性核素。这就要求在取样、储存和前处 理过程中保持样本的完整性。对核素的形态研究，原则上要求不经过任何处理而直接“原位” 测定复杂体系中某一特定的核素形态。显然，这样的形态分析技术应该有足够高的选择性来 仅仅识别欲测定的形态。并对样品中痕量水平的特定形态的核素有足够高灵敏的响应。近十 年来，放射性核素的化学形态研究方面陆续出现了一些全新的方法，主要是一些非放射性探 测技术，如质谱法、激光光谱法以及将多种分析方法联用的技术。
核裂变物质状态辨识和释放路径推论测定效果验证
核裂变物质状态辨识和释放路径推论测定效果验证核裂变物质是一种在核反应中发生裂变的重要物质，具有巨大的能量释放。
为了确保核能安全和核材料的合理利用，科学家们致力于研究核裂变物质的状态辨识和释放路径推论测定方法，并进行了相关效果验证。
核裂变物质的辨识是指确定核裂变物质的组成、性质和数量等重要参数。
辨识核裂变物质的方法包括非破坏性分析、破坏性分析和辐照后分析等多种方式。
非破坏性分析通常利用核辐射的特性，通过测量和分析核裂变产物的辐射谱和粒子沉积谱等来推断核裂变物质的组成。
破坏性分析则通过物质的化学分析和同位素质谱技术来获得核裂变物质的信息。
辐照后分析是指将核裂变物质进行几个周期的核反应运转后，再通过实验和分析得到核裂变物质的性质和组成等相关信息。
核裂变物质的释放路径推论测定是指确定核裂变物质的释放途径和路径，以及释放后的行为和影响。
此过程涉及到核裂变物质在不同环境条件下的扩散、迁移和降解等各个方面的研究。
通过模拟实验、野外观测和数值模拟等方法，科学家们可以推断出核裂变物质的释放路径和释放后的行为。
在实验室中，可以模拟核反应堆事故等特殊情况，通过释放核裂变物质并观察其在不同环境中的行为来推论其释放途径和路径。
野外观测则是在现实环境中观察和测量核裂变物质的释放情况，以及对环境的影响。
数值模拟则是通过建立数学模型，运用数学和计算机技术对核裂变物质的释放行为进行模拟和推算。
为了验证核裂变物质状态辨识和释放路径推论的效果，科学家们进行了一系列实验和观测。
他们首先利用已知核裂变物质进行实验，通过比对实验结果和已有数据，验证状态辨识的准确性。
通过对比分析，科学家们发现状态辨识方法在核裂变物质组成和性质辨识方面具有较高的准确性。
其次，科学家们在实验室和野外进行了核裂变物质释放路径推论的效果验证。
实验室中的模拟实验结果与数值模拟结果进行对比，发现两者具有较好的一致性，验证了数值模拟方法的准确性。
在野外观测中，科学家们记录了核裂变物质释放后的路径和影响，并与预测结果进行对比。
核物理实验中的数据处理技术
核物理实验中的数据处理技术在核物理这一充满神秘与挑战的领域中，实验数据的处理技术起着至关重要的作用。
它就像是一把钥匙，能够帮助我们打开核世界的大门，揭示其中隐藏的奥秘。
核物理实验往往会产生大量复杂的数据。
这些数据的来源多种多样，可能来自粒子探测器、加速器、放射性同位素测量等设备和手段。
而对这些数据进行准确、高效的处理，是获取有价值的物理信息的关键。
在数据处理的初始阶段，数据的采集和预处理是必不可少的步骤。
高质量的数据采集是后续一切工作的基础。
实验中使用的探测器会将核反应或粒子相互作用产生的信号转化为电信号，这些电信号经过放大、滤波等处理后，被数字化采集系统记录下来。
然而，采集到的数据往往包含着各种噪声和干扰，需要进行预处理来去除这些不利因素。
比如，通过平滑滤波来减少随机噪声的影响，或者通过基线校正来消除由于仪器漂移等原因导致的基线偏移。
接下来是数据的分析和建模。
这一步骤就像是在一堆杂乱无章的线索中寻找规律。
常用的分析方法包括谱分析、符合测量和时间关联分析等。
谱分析可以帮助我们了解粒子的能量分布，从而推断出核反应的机制和产物。
符合测量则用于确定多个事件之间的相关性，为研究核反应的过程提供有力的证据。
时间关联分析则有助于揭示粒子发射的时间顺序和间隔，进一步加深我们对核物理过程的理解。
在建模方面，物理模型的建立是至关重要的。
这需要对核物理的基本理论有深入的理解，并结合实验数据来构建能够准确描述实验现象的数学模型。
通过将实验数据与模型的预测结果进行对比和拟合，我们可以不断优化模型的参数，提高模型的准确性和可靠性。
数据处理中还涉及到统计分析。
由于核物理实验中的数据往往具有一定的随机性和不确定性，因此需要运用统计学的方法来评估数据的可靠性和误差范围。
常用的统计方法包括均值、方差、标准差的计算，以及置信区间的估计等。
这些统计量可以帮助我们判断实验结果的准确性和稳定性，为进一步的研究提供依据。
另外，数据的可视化也是数据处理中不可或缺的一部分。
核衰变实验的教程与步骤
核衰变实验的教程与步骤核衰变实验是一种重要的物理实验，能够帮助我们了解放射性衰变的过程以及相关的物理性质。
本篇文章将为你介绍核衰变实验的教程与步骤，以便初学者能够有一个清晰的了解和指导。
一、实验介绍核衰变实验主要是通过观察和测量放射性核素的衰变过程来研究其特性。
实验中使用的放射性核素通常是具有稳定衰变特性的同位素，如铀、钍等。
通过对放射性衰变的观察和测量，我们可以确定衰变速率、衰变系数、半衰期等重要参数，并进一步了解原子核的结构与性质。
二、实验材料与仪器1. 放射性核素样品（如铀、钍等）2. 测量放射性衰变的探测器（如Geiger-Muller计数器）3. 实验装置（如实验室辐射防护设备）4. 实验记录表格与测量工具（如时钟、尺子等）三、实验步骤1. 安全措施在进行核衰变实验前，必须确保实验场所具备辐射安全防护设备，并确保实验人员按照相关规定进行操作，避免辐射伤害。
2. 样品准备选择合适的放射性核素样品，并按照实验要求进行准备。
注意，核素样品应当处于密封状态，并且在实验过程中要避免直接接触。
3. 测量设置将测量放射性衰变的探测器（如Geiger-Muller计数器）放置在固定位置上，并调整其敏感度与放大倍数。
保证测量的准确性与稳定性。
4. 实验记录开始实验后，需记录实验开始时间，并按照规定的时间间隔进行记录。
对于每次测量，记录探测器读数、时间以及其他相关信息。
5. 数据处理与分析根据实验记录的数据，计算每个时间间隔内的衰变率，并绘制衰变曲线。
通过对衰变曲线的分析，可以得到放射性核素的衰变系数、衰变速率和半衰期等重要参数。
6. 结果讨论与总结根据实验结果进行讨论和总结，比较不同核素样品的衰变特性，并与理论值进行对比。
进一步探讨核衰变实验的意义和应用。
四、实验注意事项1. 遵守辐射安全规定，确保实验场所的安全性。
2. 选择适当的放射性核素样品，并正确处理以避免辐射泄漏。
3. 仔细记录实验数据，并保证实验环境的相对稳定。
核素实验室样品测量及分析数据归档系统研制
据 库 ， 现 了实验 室 大 流 量气 溶 胶 采 样器 监 测 实 样 品 、 Ｔ Ｔ气 溶 胶 滤 材 国 际 比对 样 品 和 质 量 ＣＢ
（ ｂ６ 。 Ｒ ０ ）
刻度样 品和质量控制样 品等） 经核素实验室测 量系统测量产 生能谱数据 ， 该数据经格式转换 后 自动存 储 到 样 品测 量及 分 析数 据库 中 ； 析 分 员 使 用 Ａ Ｔ ＭＩ （ ｄａｃｄａａ ｓ ｏｌｆ Ａ Ａ Ａ ｖｎ ｅ ｎｌ ｉ ｔ ｏ ｙｓ ｏ ｒ
器 监 测 样 品 、 Ｔ Ｔ气 溶胶 滤 材 国际 比对 样 品 、 ＣＢ
分析 台站 的常规 样 品对 台站 分析 结果 进行 质量 控制 。位 于 我 国境 内有 三 个 放 射 性 核 素 台 站和 一个 放 射性 核 素 实 验 室 ， 别 为 北京 核 素 分 台站 （ Ｎ ０ 、 Ｒ ２ ） 兰州 核素 台站 （ Ｎ １ 、 州核 素 Ｒ ２ ）广 台 站 （ Ｎ ２）和 北 京 放 射 性 核 素 实 验 室 Ｒ２
关 键 词 ： Ｔ Ｔ 禁 核 试 北 京 放 射 性 核 素 实 验 室 ； 据 库 ； 档 系统 ＣＢ ； 数 归
中图分类 号 ： Ｔ １ ． Ｌ８６ ４
文献标 识码 ： Ａ
Байду номын сангаас
文章 编号 ： ０ ５ －９ ４ ２ １ ） ｌ ０ １ ４ ２ ８０ ３ （０ １ ０ － ０ － ０ ０
第３卷 １
２１年 ０１
第 １ 期
１月
核 电子 学与探 测 技术
Ｎｕ ｌ ａ ｅ ｔｏ ｉ ｓ＆ Ｄｅ ｅ ｔｏ ｃ ｏｏ ｙ ｃ ｅ ｒＥｌ ｃｒ ｎ ｃ ｔ ｃｉｎ Ｔｅ ｈｎ ｌｇ
原子裂变拆解实验报告
一、实验目的1. 了解原子核裂变的基本原理和过程。
2. 掌握原子核裂变实验的操作步骤。
3. 通过实验验证原子核裂变释放能量的现象。
二、实验原理原子核裂变是指重原子核在吸收一个中子后，分裂成两个或多个较轻的原子核，同时释放出大量能量的核反应过程。
根据爱因斯坦质能方程E=mc²，原子核裂变过程中存在质量亏损，亏损的质量转化为能量释放出来。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：铀-235靶、中子源、计数器、电子学系统、数据处理系统等。
2. 实验材料：铀-235样品、中子源、计数器等。
四、实验步骤1. 准备实验装置：将铀-235样品放置在靶中，将中子源安装在靶附近，连接计数器和电子学系统。
2. 实验操作：a. 启动中子源，使中子流照射铀-235样品。
b. 记录计数器显示的计数次数，即裂变事件的数量。
c. 根据计数器显示的裂变事件数量，计算实验过程中释放的能量。
3. 数据处理：a. 将实验数据输入数据处理系统。
b. 利用数据处理系统对实验数据进行统计分析，得出实验结果。
4. 实验结束：关闭中子源，整理实验装置。
五、实验结果与分析1. 实验结果：实验过程中，计数器显示了一定数量的裂变事件，计算得到释放的能量。
2. 结果分析：a. 实验结果显示，铀-235在吸收中子后发生了核裂变，释放出大量能量。
b. 实验结果与理论预测基本一致，验证了原子核裂变的基本原理。
六、实验结论1. 原子核裂变实验成功验证了原子核裂变的基本原理，即重原子核在吸收中子后，可以分裂成两个或多个较轻的原子核，并释放出大量能量。
2. 实验结果与理论预测基本一致，表明原子核裂变是一个具有实际应用价值的核反应过程。
七、实验注意事项1. 实验过程中，应严格遵守操作规程，确保实验安全。
2. 实验前应检查实验仪器和材料，确保其完好无损。
3. 实验过程中，注意观察实验现象，及时调整实验参数，确保实验顺利进行。
八、实验总结本次原子裂变拆解实验成功验证了原子核裂变的基本原理，通过实验掌握了原子核裂变实验的操作步骤。
裂变率测量中的杂质影响及其消除方法
裂变率测量中的杂质影响及其消除方法
徐小琳;王家英
【期刊名称】《核动力工程》
【年(卷),期】1995(16)5
【摘要】核裂变法是通过测量中子进行裂变率测量的重要方法．常用于热中子测量的裂变室有２３５Ｕ裂变室和２３９Ｐｕ裂变室，快中子测量可以用２３８Ｕ、２３２Ｔｈ和２３７Ｎｐ等裂变室．通常用于裂变室的可裂变核素是采用同位素分离方法或人工方法得到的，其中含有少量其他核素杂质．实验测量表明，少量能发生热裂变的杂质对快中子的测量有很大影响。
利用热裂变修正方法和裂变室包镉方法可以消除这种影响。
【总页数】4页(P432-435)
【关键词】裂变率;中子测量;杂质;核裂变法
【作者】徐小琳;王家英
【作者单位】清华大学核能技术设计研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TL816.4
【相关文献】
1.高密度聚乙烯聚合反应中杂质的影响及消除方法 [J], 刘兴旺;王奎元
2.放射性测量中的效率示踪方法——137Cs衰变率的绝对测量 [J], 刘从贵
3.杂质对磷酸生产萃取槽中晶形的影响及消除方法 [J], 熊航行
4.DEM提取坡向变率中的误差特征与消除方法 [J], 谢轶群;汤国安;江岭
l_4中水溶性杂质对红外法测油的影响及消除方法 [J], 张荣花
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核素裂变样品的分析处理
5.1 核素的初步甄别
对核素的甄别是一个复杂的过程:
(1)先挑选一个测量时间较长的能谱，将γ能谱的每个峰对应的能量记录（除开本底峰）；
(2)对照已知核数据（考虑峰值左右一小范围），列出每个峰可能会对应的核素，删除从每个峰对应的核素中一部分分支比较小的（本实验考虑将低于3%的忽略，但实际在本实验中分支比小于10%时，其峰一般不能找到），删除半衰期过大过小的核素（依据冷却时间，测量时间，本实验重点考虑半衰期为50-20000s 的核素）；
(3)初步归纳可能的核素，然后对照核素图[19]，看核素对应γ衰变的几个较大分支比的峰是否存在，如果存在，则暂认为该核素存在，留待截面值分析后确定。
5.1.1 核素89Rb
表5.1.1 89Rb衰变的主要特征γ射线能量及分支比
核素半衰期(s) 全能峰序号能量(keV) 分支比
89Rb 909 E1657.77 0.108188 E2947.73 0.100011 E31031.92 0.629 E41248.14 0.45917 E52195.92 0.14467 E62570.20 0.10693
下图中(1)、(2)、(3)和(4)所标出的峰依次是甄别出89Rb 的E1、E2、E3和E4所对应的峰位置。
Channel 图5.1.2
Channel 图5.1.4
Channel
图5.1.5
5.1.5 核素134Te
表5.1.5 134Te衰变的主要特征γ射线能量及分支比核素半衰期(s) 全能峰序号能量(keV) 分支比
134Te 2508 E179.445 0.20945 E2180.891 0.1829 E3201.235 0.0885 E4210.465 0.22715 E5277.951 0.2124 E6435.06 0.1888 E7460.997 0.09735 E8464.64 0.0472 E9565.992 0.18585 E10742.586 0.1534 E11767.2 0.295
Channel
图5.1.7
5.1.6 核素134I
表5.1.6 134I衰变的主要特征γ射线能量及分支比核素半衰期(s) 全能峰序号能量(keV) 分支比
134I 3150 E1405.451 0.073689 E2540.825 0.07656 E3595.362 0.111012 E4621.79 0.106227 E5677.34 0.079431 E6766.68 0.0415338 E7847.025 0.957 E8857.29 0.06699 E9884.09 0.65076 E101072.55 0.149292 E111136.16 0.090915 E121806.84 0.055506
下图中(1)、(2)、(3)和(4)所标出的峰依次是甄别出134
I 的E 4、E 6、E 7和E 10
所对应的峰位置。
C o u n t s
Channel
图5.1.8
5.1.7 核素138Cs
表5.1.7 138
Cs 衰变的主要特征γ射线能量及分支比
核素 半衰期(s)
全能峰序号 能量(keV) 分支比
E 1 408.98 0.0466193
5和E 6Channel
图5.1.9
5.2 样品活化γ能谱分析
中子照射样品发生裂变反应，生成裂变碎片。
三个角度，及三种不同能量中子辐照时间较为接近，为6000~7000s左右，冷却时间在4~5min，选取合适的测量时间分析每个角度的测量谱，通过对能谱进行读数，分析，甄别出一些可能的核素。
在能谱的甄别工作中，我们对每一特征峰能量处可能的核素按其衰变强度和半衰期进行了筛选，并结合核素的衰变纲图，最终甄别得到了130Sb，138Xe，141Ba，134Te，138Cs，134I，89Rb几个核素的γ特征峰。
活化得到的γ谱图（如4.2中的能谱图可见），谱图并不是很好，本底特别大，尤其是在低能部分，导致核素的一些分支比较小，计数低的全能峰被本底湮没，以致核素的很多峰不能够被发现，使得在进行核素的甄别时，使一些可能存在的核素不能够被确定，因而被舍弃，造成找到裂变碎片减少。
还有核素的峰，与其他核素的峰存在重叠，或与本底峰叠加，这种情况使得峰形不规则，不能够准确判断出核素是否存在，只能通过找出该核素的其他峰，来推断出该峰的存在与否，峰的叠加还会使计数的读取上造成很大的困难，计数的不准确使后续的截面分析中出现偏差甚至错误。
本实验得到的能谱相对比于14MeV能区中子轰击238U得到的能谱来说，甄别出的核素基本一致，但对于每个核素在能谱图上发现的全能峰个数较少（被本底湮没），计数也较低，说明相同条件下，232Th被诱发产生裂变的程度低于238U，即相对于每个裂变碎片的截面来说会小一些，在随后的截面值分析中也得到验证。