一种测量金属钚氧化百分比的方法

摘要

一种测量金属钚氧化百分比的方法，通过加外中子源照射金属钚材料，利用18O(n，n′γ)18O(1982.2keV)反应来加强1982.2keV的特征γ射线的数量，使其易于测量，从而得到被氧化的金属钚样品中18O所贡献的1982.2keV特征γ射线峰位计数数值。本发明所提供的测量金属钚氧化百分比的方法，可以定量分析金属钚材料的氧化程度，解决了仅靠871keV的特征γ射线证明氧化钚的存在着较大误差，直接利用17O的871keV特征γ射线也很难对氧化钚的存在进行定量分析的问题。

权利要求

1.一种测量金属钚氧化百分比的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：A、 将纯氧化钚粉末与纯金属钚粉末混合为100克标准测试样品，加外中子源照射，进行1982.2keV特征γ射线峰位计数数值测定，得到具有确定重量百分比的氧化钚的金属钚在加外中子源照射条件下的1982.2keV特征γ射线峰位计数数值w；

B、 参照步骤A，将混合不同重量百分比的氧化钚的金属钚，加步骤A中所述的外中子源照射，得到对应于所述不同百分比的1982.2keV特征γ射线峰位计数数值w，然后拟合出在加外中子源照射条件下的100克标准测试样品金属钚中，氧化钚重量百分比0-100%的

1982.2keV特征γ射线峰位计数数值标准曲线；

C、 取100克待测氧化程度的金属钚样品，加步骤A中所述外中子源照射，进行

1982.2keV特征γ射线峰位计数数值测定，得到所述样品在加外中子源照射条件下的

1982.2keV特征γ射线峰位计数数值w’；

D、 将步骤C中得到的所述数值w’与步骤B中拟合出的所述标准曲线进行比较，即可得到所述100克待测氧化程度的金属钚样品中对应于所述数值w’的氧化钚重量百分比。

2.根据权利要求1所述的测量金属钚氧化百分比的方法，其特征在于，步骤B中所述

100克标准测试样品中的纯氧化钚粉末与纯金属钚粉末重量比分别为1:9、2:8、3:7、4:6、

4.5:5.5、5:5、6:4、7:3、7.5:2.5、8:2、9:1。

3.根据权利要求1所述的测量金属钚氧化百分比的方法，其特征在于，所述外中子源为5Mev镭铍中子源。

说明书

一种测量金属钚氧化百分比的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种测量金属钚氧化程度的方法，尤其是测量金属钚中究竟有多少重量百分比的氧化钚的方法。

背景技术

[0002] 钚是一种重要的金属元素，其多种同位素在军事、经济等领域有十分重要的应用，裸露的金属钚在室温下会与空气中的氧气发生反应形成钚的氧化物，其化学反应为：

[0003] Pu(s)+O2(g)→PuO2(s)+ΔH (ΔH为-1056kJ/mol)

[0004] 由于金属钚在空气中易于氧化的特性，即使采取了表面镀层(镍-铜-镍镀层)的技术工艺，也不能绝对保证金属钚不被氧化。因此，对钚氧化程度的判别和确定就变得重要。

[0005] 氧有多种同位素，但稳定的同位素只有三种：16O，17O，18O，其在自然界的丰度分别为99.757％，0.038％，0.205％。钚材料中的氧受到α粒子和中子的照射，将发生如下物理过程：

[0006] 17O(n，n′γ)17O(871keV)；

[0007] 17O(α，α′γ)17O(871keV)；

[0008] 18O(n，n′γ)18O(1982.2keV)；

[0009] 18O(α，α′γ)18O(1982.2keV)；

[0010] 17O(α，n)20Ne*(1634keV)；或

[0011] 18O(α，n)21Ne*(350.7，1396，2438，2788.5，2794keV)

[0012] 这些物理过程对于16O来说，由于16O的激发能比较高，所以钚材料中16O被活化的几率可忽略。

[0013] 17O的871keV和18O的1982.2keV的特征γ射线在受到α粒子激发时的反应几6 6 6 6
率分别为1.24/10 和0.44/10，而在中子激发下分别为622/10 和3100/10，由于在自然放
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射条件下，金属钚材料中α粒子的数量大约是中子数量的10 倍，因此氧化钚中的871keV
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的特征γ射线主要是受到α粒子激发产生的，即：O(α，α′γ) O(871keV)。

[0014] 在《核技术》杂志2006年12月第29卷第12期中的文章“氧化钚属性测量技术研究”中，作者给出了提出了通过测量871keV特征γ射线来对金属钚是否被氧化进行定性的研究和讨论。

[0015] 但是，上述文章却忽视了如下的问题，即，由于14N(α，p)17O(871keV)反应也能产14
生871keV的特征γ射线，而且在金属钚材料的生产过程中，不可避免的会引入N元素，N
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的丰度还会较高，因此在测量的γ射线中，N(α，p) O(871keV)反应产生的γ射线还要
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比 O(α，α′γ) O(871keV)更高，因此直接利用 O的871keV特征γ射线判定氧化钚
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的存在容易受到 N的干扰。

[0016] 例如，在文章编号为“Nuclear Instruments and Methods in Physics ResearchA17
474(2001)285-293”的文章“The 871keV gamma ray from O and theidentification of plutonium oxide” 以 及 文 章 编 号 为“Nuclear Instruments andMethods
193(1982)383-385”的文章“THE 870.8keV GAMMA RAY FORMPuO2”中经过分析后认为，仅靠
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871keV的特征γ射线证明氧化钚的存在着较大误差，直接利用 O的871keV特征γ射线也很难对氧化钚的存在进行定量分析。

[0017] 另外一个思路是利用测量氧化钚中的18O的1982.2keV的γ射线来测量氧化钚的18 18 18
存在。但是，由于在自然放射条件下，氧化钚中的 O(α，α′γ) O(1982.2keV)与 O(n，
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n′γ) O(1982.2keV)的反应截面均比较小，且1982.2keV的γ射线比871keV的γ射线穿透能力强，因此在自然放射条件下，氧化钚材料中1982.2keV的特征γ射线峰比871keV的特征γ射线难探测，直接测量1982.2keV的特征γ射线峰来判断金属钚的氧化程度存在困难。例如，在图1中，虚线表示的即为自然放射条件下测得的1982.2keV特征γ射线峰位计数数值曲线，由于该曲线较为平坦，峰值并不突出，因而测量结果误差较大。

发明内容

[0018] 本发明提供了一种测量金属钚氧化程度的方法，尤其是一种测量金属钚中氧化钚百分比程度的方法，该方法可减少或避免前面所提到的问题。

[0019] 为解决上述问题，本发明提出了一种测量金属钚氧化百分比的方法，所述方法包括以下步骤：

[0020] A、将纯氧化钚粉末与纯金属钚粉末混合为100克标准测试样品，加外中子源照射，进行1982.2keV特征γ射线峰位计数数值测定，得到具有确定重量百分比的氧化钚的金属钚在加外中子源照射条件下的1982.2keV特征γ射线峰位计数数值w；

[0021] B、参照步骤A，将混合不同重量百分比的氧化钚的金属钚，加步骤A中所述的外中子源照射，得到对应于所述不同百分比的1982.2keV特征γ射线峰位计数数值w，然后拟合出在加外中子源照射条件下的100克标准测试样品金属钚中，氧化钚重量百分比0-100％的1982.2keV特征γ射线峰位计数数值标准曲线；

[0022] C、取100克待测氧化程度的金属钚样品，加步骤A中所述外中子源照射，进行1982.2keV特征γ射线峰位计数数值测定，得到所述样品在加外中子源照射条件下的
1982.2keV特征γ射线峰位计数数值w’；

[0023] D、将步骤C中得到的所述数值w’与步骤B中拟合出的所述标准曲线进行比较，即可得到所述100克待测氧化程度的金属钚样品中对应于所述数值w’的氧化钚重量百分比。

[0024] 优选地，步骤B中所述100克标准测试样品中的纯氧化钚粉末与纯金属钚粉末重量比分别为1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1。

[0025] 优选地，所述外中子源为5MeV镭铍中子源。

[0026] 本发明所提供的测量金属钚氧化百分比的方法，通过加外中子源照射金属钚材18 18
料，利用 O(n，n′γ) O(1982.2keV)反应来加强1982.2keV的特征γ射线的数量，使其易于测量，从而可以定量分析金属钚材料的氧化程度，解决了仅靠871keV的特征γ射线证
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明氧化钚的存在着较大误差，直接利用 O的871keV特征γ射线也很难对氧化钚的存在进行定量分析的问题。

附图说明

[0027] 以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，[0028] 图1表示的是根据本发明的一个具体实施例的一种测量金属钚氧化百分比的方法中，在加外中子源照射条件下测得的1982.2keV特征γ射线峰位计数数值(实线)以及自然放射条件下测得的1982.2keV特征γ射线峰位计数数值(虚线)的对比示意图；

[0029] 图2为根据本发明的一个具体实施例的一种测量金属钚氧化百分比的方法中，在加外中子源照射条件下的100克标准测试样品金属钚中氧化钚重量百分比0-100％的1982.2keV特征γ射线峰位计数数值标准曲线示意图。

具体实施方式

[0030] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

[0031] 下面参照附图详细说明根据本发明的一种测量金属钚氧化百分比的方法的实施步骤及其原理。

[0032] 本发明所提供的一种测量金属钚氧化百分比的方法，所述方法包括以下步骤：

[0033] A、将纯氧化钚粉末与纯金属钚粉末混合为100克标准测试样品，加外中子源照射，进行1982.2keV特征γ射线峰位计数数值测定，得到具有确定重量百分比的氧化钚的金属钚在加外中子源照射条件下的1982.2keV特征γ射线峰位计数数值w；

[0034] B、参照步骤A，将混合不同重量百分比的氧化钚的金属钚，加步骤A中所述的外中子源照射，得到对应于所述不同百分比的1982.2keV特征γ射线峰位计数数值w，然后拟合出在加外中子源照射条件下的100克标准测试样品金属钚中，氧化钚重量百分比0-100％的1982.2keV特征γ射线峰位计数数值标准曲线；

[0035] C、取100克待测氧化程度的金属钚样品，加步骤A中所述外中子源照射，进行1982.2keV特征γ射线峰位计数数值测定，得到所述样品在加外中子源照射条件下的
1982.2keV特征γ射线峰位计数数值w’；

[0036] D、将步骤C中得到的所述数值w’与步骤B中拟合出的所述标准曲线进行比较，即可得到所述100克待测氧化程度的金属钚样品中对应于所述数值w’的氧化钚重量百分比。

[0037] 其中，18O的1982.2keV的特征γ射线在受到α粒子激发时的反应几率6 6
为0.44/10，而在中子激发下为3100/10，因此在加外中子源照射条件下，氧化钚中的
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1982.2keV的特征γ射线主要是受到中子激发产生的，即：O(n，n′γ) O(1982.2keV)。

[0038] 对于γ射线峰位计数数值的测量，可以使用低本底高纯锗γ谱仪进行测量，比如，可以用ORTEC公司的GEM-30185-P探测器和DESPEC数字多道分析器作为测试工具进行测量。

[0039] 通过上述步骤B，可以得到在加外中子源照射条件下的具有不用重量百分比的氧化钚的100克金属钚测试样品的1982.2keV特征γ射线峰位计数数值标准曲线。

[0040] 所述外中子源可以是镭或其他金属衰变发出的伽马射线来辐照铍产生中子或者直接由锎源发射中子。

[0041] 在一个优选实施例中，所述外中子源为5MeV镭铍中子源。

[0042] 在一个优选实施例中，步骤B中所述100克标准测试样品中的纯氧化钚粉末与纯金属钚粉末重量比分别为1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1。

[0043] 比如，按照纯氧化钚粉末与纯金属钚粉末重量比为1∶9配制100克标准测试样品，也即是使用10克纯氧化钚粉末与90克纯金属钚粉末，将其在烧杯中充分混合后，放入低本底高纯锗γ谱仪，对其加外中子源照射，进行1982.2keV特征γ射线峰位计数数值测定，图1表示的是根据本发明的一个具体实施例的一种测量金属钚氧化百分比的方法中，在加外中子源照射条件下测得的1982.2keV特征γ射线峰位计数数值(实线)以及自然放射条件下测得的1982.2keV特征γ射线峰位计数数值(虚线)的对比示意图；如图1实线所示，通过所述低本底高纯锗γ谱仪，可以测得，纯氧化钚粉末与纯金属钚粉末重量比为1∶9配制的100克标准测试样品在加外中子源照射条件下的1982.2keV特征γ射线峰位计数数值为w。

[0044] 图2为根据本发明的一个具体实施例的一种测量金属钚氧化百分比的方法中，在加外中子源照射条件下的100克标准测试样品金属钚中氧化钚重量百分比0-100％的1982.2keV特征γ射线峰位计数数值标准曲线示意图。图中横轴表示100克标准测试样品金属钚中氧化钚重量百分比，纵轴表示在加外中子源照射条件下，对应于不同氧化钚重量百分比的1982.2keV特征γ射线峰位计数数值。

[0045] 例如，图2中，对应于图1中纯氧化钚粉末与纯金属钚粉末重量比为1∶9配制的100克标准测试样品，也即是图2中横轴上100克标准测试样品金属钚中氧化钚重量百分比为10％的位置，其在加外中子源照射条件下1982.2keV特征γ射线峰位计数数值即为使用前述方法测量得到的1982.2keV特征γ射线峰位计数数值w。

[0046] 同样，对应于100克标准测试样品中的纯氧化钚粉末与纯金属钚粉末重量比分别为2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1时的在加外中子源照射条件下的1982.2keV特征γ射线峰位计数数值也可用上述方法测试得出，因此也就可以得到图2中横轴上100克标准测试样品金属钚中氧化钚重量百分比为分别为20％、30％、40％、50％、
60％、70％、80％、90％时的在加外中子源照射条件下的1982.2keV特征γ射线峰位计数数值。因此也就可以拟合出图2所示的100克标准测试样品金属钚中氧化钚重量百分比
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0-100％的在加外中子源照射条件下 O(n，n′γ) O(1982.2keV)反应1982.2keV特征γ射线峰位计数数值标准曲线。

[0047] 当需要对未知氧化程度的金属钚进行测试时，可以取出100克待测氧化程度的金属钚样品，按照步骤C-D的方法测得所述待测氧化程度的金属钚样品的在加外中子源照射条件下的1982.2keV特征γ射线峰位计数数值w’，根据与所述标准曲线进行比较，即可找到对应的氧化钚重量百分比，也就是得到纵轴坐标w’所对应的所述标准曲线上的横轴坐标，该横轴坐标也就是所述未知氧化程度的金属钚的氧化钚重量百分比。

[0048] 本发明所提供的测量金属钚氧化百分比的方法，通过加外中子源照射金属钚材18 18
料，利用 O(n，n′γ) O(1982.2keV)反应来加强1982.2keV的特征γ射线的数量，使其易于测量，从而可以定量分析金属钚材料的氧化程度，解决了仅靠871keV的特征γ射线证
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明氧化钚的存在着较大误差，直接利用 O的871keV特征γ射线也很难对氧化钚的存在进行定量分析的问题。

[0049] 本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。

[0050] 以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。