一種溶液中鈾濃度在線測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于一種溶液濃度的在線測量方法，具體涉及一種溶液中鈾濃度在線測量 方法。
【背景技術】
[0002] 傳統的鈾濃度測量使用的是離線測量方法，該方法需要通過人工取樣，進行樣品 配制，然后使用分析設備測量樣品中的鈾濃度。這種方法的缺點是需要進行樣品制備，測 量、取樣間隔時間長，不能實時反映現場工藝狀態。
[0003] 目前，現有技術的鈾濃度在線測量方法有密度-電導聯合測定法、X射線吸收邊 法、超聲波聲速法和X射線熒光法及伽馬吸收法。其中，密度-電導聯合測定法是在硝酸鈾 酰和硝酸的二元體系中，在一定溫度下，通過測量溶液的密度和電導率獲得溶液的鈾濃度 方法；X射線吸收邊法是通過測量鈾在K吸收邊或L吸收邊的X射線束強度獲得鈾濃度的 方法；超聲波聲速法和X射線熒光法是通過測量鈾發出的二次X射線熒光強度獲得鈾濃度 的方法；伽馬吸收法是通過測量伽馬射線經過溶液時的衰減程度獲得鈾濃度的方法。
[0004] 但是密度-電導聯合測定法、超聲波聲速法和伽馬吸收法測量復雜多變的溶液體 系中鈾濃度時，會受到變化的溶液成分的干擾，導致無法準確測量；而X射線吸收邊法和X 射線熒光法的在線測量系統復雜。
【發明內容】
[0005] 本發明是為了克服現有技術中存在的缺點而提出的，其目的是提供一種溶液中鈾 濃度在線測量方法。
[0006] 本發明是按以下技術方案實現的： 一種溶液中鈾濃度在線測量方法，包括如下步驟： (i) 配制鈾濃度標準溶液 配制五份鈾濃度標準溶液，溶劑是濃度為5mol/L的硝酸，按鈾濃度從低到高的順序排 列，分別為 〇g/L、30g/L、60g/L、90g/L、120g/L，Sl ; (ii) 標準溶液加入管道 首先將鈾濃度為〇g/L的標準溶液加入到鈾濃度在線測量裝置的管道中，使溶液充滿 整個管道，S2 ; (iii) NaI晶體探測器測量 利用鈾濃度在線測量裝置的NaI晶體探測器進行伽馬能譜測量，獲得溶液的伽馬射線 能譜圖，能量范圍為〇~200keV，測量時間持續20s，S3 ; (iv) 得出能譜峰高數據 鈾濃度在線測量裝置的多通道能譜儀得出鈾輻射的能量為185. 7keV能譜峰的峰高數 據，并進行記錄，然后將管道內的溶液排出，按照鈾濃度從低到高的順序分別加入另外的四 種鈾濃度標準溶液到管道中，重復上述步驟（ii)~（iv)進行測量，測量完畢得出五個能譜 峰高數據，即yi=6、y2=608、y3=1190、y4=1773、y 5=2356,同時將鈾標準溶液濃度記為U1=Og/ L、x2=30g/L、x3=60g/L、x4=90g/L、x 5=120g/L，S4 ; (V)擬合能譜峰高數據 將多通道能譜儀測得的峰高數據yi~y 5與鈾標準溶液的濃度數據x x 5使用最小二 乘法進行數據擬合，得出能譜峰高位置在185. 7keV處的能譜峰高與鈾溶液濃度之間的關 系公式為： y=ax+b ① 其中y為待測鈾溶液在185. 7keV處的能譜峰高數據，為無量綱數值，X為待測鈾溶液濃 度、單位為g/L，a為斜率，b為截距，在數據擬合的過程中，由最小二乘法計算得出a=19. 427 和 b=25. 285, S5 ; (vi) 待測鈾溶液加入管道 將待測量的鈾溶液加入到鈾濃度在線測量裝置的管道中，使溶液充滿整個管道，S6 ; (vii) NaI晶體探測器測量 利用鈾濃度在線測量裝置的NaI晶體探測器進行測量，獲得溶液的伽馬射線能譜圖， 能量范圍為〇~200keV，測量時間持續20s，鈾濃度在線測量裝置的多通道能譜儀得出鈾輻 射的能量為185. 7keV能譜峰的峰高數據y=1580, S7 ; (vffi)計算實測鈾濃度 根據公式①，得出待測鈾溶液的鈾濃度公式： X= (y-b ) /a ② 根據步驟（V )中的斜率a，截距b，步驟(Vii)中的能譜數據y，實時計算得到待測鈾溶液 的度 x=80g/L，S8。
[0007] 通過步驟（i)~（V)獲得擬合數據，通過步驟（vi)~（viii)對一未知鈾溶液濃度 進行測量，共進行測量六次，測量結果表明標準偏差RSD為4%。
[0008] 本發明的有益效果 本發明采用被動測量鈾輻射伽馬射線的無損傷探測方法，分別將不同標準濃度的鈾溶 液放置于探測器前的管道中進行測量，探測器測量鈾輻射的伽馬射線，通過數據擬合獲得 伽馬射線峰高和標準鈾濃度之間的關系；克服了使用傳統的離線測量方法時測量時間長、 測量系統復雜和準確度低的缺點。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發明測量方法中使用的鈾濃度在線測量裝置主視剖視圖； 圖2是本發明測量方法流程圖。
[0010] 圖中： 1上蓋 2管道 6擋板 7中間板 9 NaI晶體探測器10多通道能譜儀。
【具體實施方式】
[0011] 下面，參照附圖及實施例對本發明的一種溶液中鈾濃度在線測量方法進行詳細說 明： 如圖1所示，本測量方法所使用的測量裝置，包括上蓋1，在上蓋1沿水平方向形成管 道2穿過的第一螺紋孔la，與第一螺紋孔Ia沿水平方向垂直形成循環水通過的第二螺紋孔 lb，第一 O型圈3和空心螺栓4穿過管道2旋入第一螺紋孔Ia內，上蓋1下部依次設有第 二O型圈5、擋板6、中間板7。
[0012] 螺栓穿過上蓋1底沿處的第一通孔lc、中間板7邊沿處的第二通孔7a與屏蔽桶8 上邊沿處的第三通孔8a連接，屏蔽桶8內自上而下依次設有NaI晶體9、多通道能譜儀10， 螺釘11穿過屏蔽桶8上部水平方向的螺紋孔對NaI晶體探測器9進行固定，屏蔽桶8下部 形成供電源線穿過的方形孔8b，屏蔽桶8的底座上設有固定底座的法蘭通孔12。
[0013] 如圖2所示，一種溶液中鈾濃度在線測量方法，包括如下步驟： (i )配制標準溶液 配制五份鈾濃度標準溶液，溶劑是濃度為5mol/L的硝酸溶液，按鈾濃度從低到高的順 序排列，分別為 〇g/L、30g/L、60g/L、90g/L、120g/L，Sl ; (ii) 標準溶液加入管道 首先將鈾濃度為〇g/L的標準溶液加入到鈾濃度在線測量裝置的管道2中，使溶液充滿 整個管道2, S2 ; (iii) NaI晶體探測器測量 利用鈾濃度在線測量裝置的NaI晶體探測器9進行伽馬能譜測量，獲得溶液的伽馬射 線能譜圖，能量范圍為0~200keV，測量時間持續20s，S3 ; (iv) 得出能譜峰高數據 鈾濃度在線測量裝置的多通道能譜儀10得出鈾輻射的能量為185. 7keV能譜峰的峰高 數據，并進行記錄，然后將管道2內的溶液排出，按照鈾濃度從低到高的順序分別加入另外 的四種鈾濃度標準溶液到管道2中，重復上述步驟（ii )~（iv)進行測量，測量完畢得出五 個能譜峰高數據，即yi=6、y2=608、y3=1190、y4=1773、y 5=2356,同時將鈾標準溶液濃度記為： X1=OgA' x2=30g/L、x3=60g/L、x4=90g/L、x5=120g/L，S4 ; (V)擬合能譜峰高數據 將多通道能譜儀10測得的峰高數據yi~y 5與鈾標準溶液的濃度數據X X 5使用最 小二乘法進行數據擬合，得出能譜峰高位置在185. 7keV : y=ax+b ① 其中y為待測鈾溶液在185. 7keV處的能譜峰高數據，為無量綱數值，X為待測鈾溶液濃 度、單位為g/L，a為斜率，b為截距，在數據擬合的過程中，由最小二乘法計算得出a=19. 427 和 b=25. 285, S5 ; (vi) 待測鈾溶液加入管道 將待測量的鈾溶液加入到鈾濃度在線測量裝置的管道2中，使溶液充滿整個管道2， S6 ； (vii) NaI晶體探測器測量 利用鈾濃度在線測量裝置的NaI晶體探測器9進行測量，獲得溶液的伽馬射線能譜圖， 能量范圍為〇~200keV，測量時間持續20s，鈾濃度在線測量裝置的多通道能譜儀10得出 鈾輻射的能量為185. 7keV能譜峰的峰高數據y=1580, S7 ; (Vffi)計算實測鈾濃度 根據公式①，得出待測鈾溶液的鈾濃度公式： X= (y-b ) /a ② 根據步驟（V )中的斜率a，截距b，步驟(Vii)中的能譜數據y，實時計算得到待測鈾溶液 的度 x=80g/L，S8。
[0014] 通過步驟（i)~（V)獲得擬合數據，通過步驟（vi)~（viii)對一未知鈾溶液濃度 進行測量，共進行測量六次，測量結果表明相對標準偏差RSD為4%，測量結果如表1所示：
本發明在線測量方法的測量系統簡單，所述的伽馬射線探測器采用多通道NaI晶體探 測器，該探測器由NaI晶體和多通道能譜儀組成，使得探測器的整體體積小、結構簡單。
【主權項】
1. 一種溶液中鈾濃度在線測量方法，包括如下步驟： (i) 配制標準溶液 配制五份鈾濃度標準溶液，溶劑是濃度為5mol/L的硝酸溶液，按鈾濃度從低到高的順 序排列，分別為 〇g/L、30g/L、60g/L、90g/L、120g/L，Sl; (ii) 標準溶液加入管道 首先將鈾濃度為〇g/L的標準溶液加入到鈾濃度在線測量裝置的管道（2)中，使溶液充 滿整個管道（2)，S2 ; (iii) NaI晶體探測器測量 利用鈾濃度在線測量裝置的NaI晶體探測器（9)進行伽馬能譜測量，獲得溶液的伽馬 射線能譜圖，能量范圍為0~200keV，測量時間持續20s，S3 ; (iv) 得出能譜峰高數據 鈾濃度在線測量裝置的多通道能譜儀（10)得出鈾輻射的能量為185. 7keV能譜峰的峰 高數據，并進行記錄，然后將管道（2)內的溶液排出，按照鈾濃度從低到高的順序分別加入 另外的四種鈾濃度標準溶液到管道（2)中，重復上述步驟（ii)~（iv)進行測量，測量完畢 得出五個能譜峰高數據，即7:=6^=608^=1190^=1773^=2356,同時將鈾標準溶液濃度 記為=X1=OgA'x2=30g/L、x3=60g/L、x4=90g/L、x5=120g/L，S4 ; (v) 擬合能譜峰高數據 將多通道能譜儀（10)測得的峰高數據yi~y5與鈾標準溶液的濃度數據XX5使用 最小二乘法進行數據擬合，得出能譜峰高位置在185. 7keV處的能譜峰高與鈾溶液濃度之 間的關系公式為： y=ax+b ① 其中y為待測鈾溶液在185. 7keV處的能譜峰高數據，為無量綱數值，X為待測鈾溶液濃 度、單位為g/L，a為斜率，b為截距，在數據擬合的過程中，由最小二乘法計算得出a=19. 427 和b=25. 285,S5 ; (vi) 待測鈾溶液加入管道 將待測量的鈾溶液加入到鈾濃度在線測量裝置的管道（2)中，使溶液充滿整個管道 (2)，S6; (vii) NaI晶體探測器測量 利用鈾濃度在線測量裝置的NaI晶體探測器（9)進行測量，獲得溶液的伽馬射線能譜 圖，能量范圍為〇~200keV，測量時間持續20s，鈾濃度在線測量裝置的多通道能譜儀（10) 得出鈾輻射的能量為185. 7keV能譜峰的峰高數據y=1580,S7 ; (vffi)計算實測鈾濃度 根據公式①，得出待測鈾溶液的鈾濃度公式： X= (y-b)/a ② 根據步驟（V)中的斜率a，截距b，步驟(Vii)中的能譜數據y，實時計算得到待測鈾溶液 的度x=80g/L，S8。
【專利摘要】本發明公開了一種溶液中鈾濃度在線測量方法，包括如下步驟：（ⅰ）配置標準溶液；（ⅱ）標準溶液加入管道；（ⅲ）NaI晶體探測器測量；（ⅳ）得出能譜峰高數據；（ⅴ）擬合能譜峰高數據；（ⅵ）待測鈾溶液加入管道；（ⅶ）NaI晶體探測器測量；（ⅷ）計算實測鈾濃度。本發明的在線測量方法采用NaI晶體探測器測量，多通道能譜儀對數據進行記錄，測量系統簡單，能夠適應復雜溶液體系中變化的鈾溶液濃度在線測量，克服了現有技術中測量系統復雜、測量數據不準確的缺點。
【IPC分類】G01N23/00
【公開號】CN105181719
【申請號】CN201510672433
【發明人】孫亮, 于震, 趙剛
【申請人】核工業理化工程研究院
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年10月19日