一种裂变气体的分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于核燃料辐照后检验领域，特别是涉及一种裂变气体的分析方法。
【背景技术】
[0002] 燃料在辐照过程中，会产生大量的裂变产物，裂变产物积累将引起燃料产生严重 的辐照肿胀，严重影响燃料元件的使用性能，对反应堆的安全运行构成威胁。其中，裂变气 体氪和氙裂变产额大且为气态，对燃料的影响很大。准确测量燃料元件所释放出来的氪、氙 气体各自的总含量，对确定氙/氪比、裂变气体释放率、以及与燃耗的关系是非常重要的。 不同的燃料芯块，不同的制作工艺，不同的燃耗值和不同的 235U丰度所产生的裂变气体总 量和裂变气体释放率均有很大差别。国家"九五"规划中的高性能燃料元件3X3-2小组 件中平均燃耗31GW · d/t的老元件裂变气体释放率约20%，平均燃耗6. 5GW · d/t的新元 件裂变气体释放率约4% ;而某二氧化铀燃料元件随燃耗的不同，氪、氙的释放率分别仅为 0. 10%~0. 34%和0. 12%~0. 38%。核燃料中的235U等核素在裂变过程中产生的裂变气 体氪和氙不仅包括81&、 85&、13%"1、13^5"1等这些放射性同位素，同时也包括 83&、84&、86&、 129X e、131Xe、132Xe等稳定同位素，可用气相色谱法对样品中裂变气体氪、氙的总量进行定量 分析。
[0003] 提供一种操作简便，稳定高效的用于核燃料元件破坏性检验后裂变气体的分析方 法，是本领域技术人员亟待解决的问题。
【发明内容】
[0004] 针对上述任务，需要一种稳定高效的用于核燃料元件辐照后破坏性检验的裂变气 体的分析方法，以使得本领域气相色谱分析区别于常规气相色谱操作的问题，本发明提供 了 一种裂变气体的分析方法。
[0005] 针对上述问题，本发明提供的一种裂变气体的分析方法通过以下技术要点来解决 问题：一种裂变气体的分析方法，所述分析方法为采用气相色谱仪对样品裂变气体进行成 分含量分析，所述分析方法包括顺序进行的以下步骤：
[0006] a、采集裂变气体，并将以上裂变气体收集于采样容器中；
[0007] b、采用裂变气体抽取工具由以上采样容器内抽取特定体积的裂变气体，并将以上 特定体积的裂变气体送入气相色谱仪中进行气相色谱分析；
[0008] c、在完成b步骤的气相色谱分析后，再由以上采样容器中抽取与所述特定体积等 量的裂变气体，并将该次抽取的裂变气体送入气相色谱仪中进行气相色谱分析；
[0009] e、计算以上连续的两次由采样容器中所取的特定体积的裂变气体中目标组分量 的比值，计算以上连续的两次气相色谱分析结果中目标组分峰面积的比值，比较以上两个 比值的数值关系。
[0010] 进一步的技术方案为：
[0011] 在c步骤与e步骤之间，还包括多次取样测量步骤，该取样测量步骤为在c步骤完 成后，由以上采样容器中不止一次的重复抽取与所述特定体积等量的裂变气体，并对每次 抽取到的裂变气体进行气相色谱分析。
[0012] 还包括位于c步骤之后的数据处理步骤d步骤，所述d步骤为：
[0013] d-Ι、计算样品的分取比，所述计算样品的分取比按下式进行：
其中，Kn为第η次取样时的样品分取比；V i为采 样容器的体积，^为所述特定体积的量；
[0015] d-2、计算采样容器中裂变气体目标组分的体积，通过下式进行：
其中，V#为采样容器裂变气体目标组分的体积，S #为采样 容器裂变气体中目标组分在色谱图中的峰面积，S#为目标组分标准气体的峰面积，V#为目 标组分标准气体的体积，η表不第η次取样；
[0017] d-3、计算采样容器中目标组分的百分含量，通过下式进行：
其中，六#为玻璃米样器中氪或氣的百分含量，V 1S米样容 器的体积。
[0019] 所述抽取工具为阀式气相色谱注射器。
[0020] 气相色谱分析中采用的分子筛为5?分子筛。
[0021] 在进行气相色谱分析之前，还包括对分子筛进行预处理，所述预处理为将分子筛 过筛后放入马弗炉中加热至80_550°C并保持1至8h，然后将分子筛放置干燥器中冷却至常 温，而后在负压下将分子筛加入色谱柱的柱体中，把色谱柱接入气相色谱仪并在90-450°C 下老化0. 5至8h。
[0022] 在进行气相色谱分析过程中，色谱柱柱温保持在30-150°C范围内，进样口温度保 持在30-150°C范围内，检测器温度保持在30-150°C范围内，热丝温度为220°C，采用氦气作 为载气，且氦气的纯度不小于99. 995%，载气流量30mL · min \吸附效率参考气流量介于 15-50mL · min 1之间，尾吹气出口流量介于5-20mL · min 1之间，增益介于1-10倍之间。
[0023] 本发明具有以下有益效果：
[0024] 采用本发明提供的裂变气体分析方法，便于实现对同一个样品连续进行两次及以 上次数的气相色谱分析，同时，由于采样容器的体积及每次由采样容器抽取的裂变气体体 积便于定量，这样，根据以上两个体积，可方便的得到连续的两次由采样容器中所取的特定 体积的裂变气体中目标组分量之比，而后结合连续的两次气相色谱分析结果中目标组分峰 面积的比值，便可判定气相色谱分析中目标组分分析的可靠性。如采样容器为78. 39mL的 采样容器，每次由采样容器中抽取定量为IOmL的裂变气体送至气相色谱分析，若连续两次 分析结果中，当目标组分后一次的峰面积与前一次的峰面积的比值为〇. 8724,即约为8 :9 时，即可得出气相色谱分析结果是可靠的。
[0025] 基于上述方法，当气相色谱分析运用于核领域时，由于采样容器和每次由采样容 器所取的裂变气体的量的体积两数值均能够方便准确得到，利用气相色谱分析得到目标组 分的峰面积也能够方便准确得到，故采用本发明提供的方法，在操作过程中，分离系统只采 用一根分子筛填充柱实现Kr、Xe、02和N 2的快速完全分离，不需要硅胶柱串联使用，简化了 分离体系；利用一个采样容器作为裂变气体贮存装置，使用抽取量便于标定的抽取工具直 接取样分析，避免了常规气相色谱分析过程中繁琐的"机械栗/六通阀"进样装置，通过连 续两次分析，就能判定分析结果是否可靠，故采用此方法，还大大减小了操作人员与裂变气 体接触的机会。
【附图说明】
[0026] 图1是实施例3所取样品的气相色谱分析结果表；
[0027] 图2是实施例3中所取样品连续五次分析结果的叠加色谱图；
[0028] 图3是实施例4所取样品的气相色谱分析结果表；
[0029] 图4是实施例4所取样品的气相色谱分析色谱图。
[0030] 图5是本发明所述的一种裂变气体的分析方法一个具体实施例的进行流程图。
【具体实施方式】
[0031] 本发明提供了一种裂变气体的分析方法，用于针对需要一种稳定高效的用于核燃 料元件辐照后破坏性检验的裂变气体的分析方法，以使得本领域气相色谱分析区别于常规 气相色谱操作的问题。下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明不仅限 于以下实施例：
[0032] 实施例1 :
[0033] 如图5所示，一种裂变气体的分析方法，所述分析方法为采用气相色谱仪对样品 裂变气体进行成分含量分析，所述分析方法包括顺序进行的以下步骤：
[0034] a、采集裂变气体，并将以上裂变气体收集于采样容器中；
[0035] b、采用裂变气体抽取工具由以上采样容器内抽取特定体积的裂变气体，并将以上 特定体积的裂变气体送入气相色谱仪中进行气相色谱分析；
[0036] c、在完成b步骤的气相色谱分析后，再由以上采样容器中抽取与所述特定体积等 量的裂变气体，并将该次抽取的裂变气体送入气相色谱仪中进行气相色谱分析；
[0037] e、计算以上连续的两次由采样容器中所取的特定体积的裂变气体中目标组分量 的比值，计算以上连续的两次气相色谱分析结果中目标组分峰面积的比值，比较以上两个 比值的数值关系。
[0038] 采用以上提供的裂变气体分析方法，便于实现对同一个样品连续进行两次及以上 次数的气相色谱分析，同时，由于采样容器的体积及每次由采样容器抽取的裂变气体体积 便于定量，这样，根据以上两个体积，可方便的得到连续的两次由采样容器中所取的特定体 积的裂变气体中目标组分量之比，而后结合连续的两次气相色谱分析结果中目标组分峰面 积的比值，便可判定气相色谱分析中目标组分分析的可靠性。如采样容器为78. 39mL的采 样容器，每次由采样容器中抽取定量为IOmL的裂变气体送至气相色谱分析，若连续两次分 析结果中，当目标组分后一次的峰面积与前一次的峰面积的比值为0. 8724,即约为8:9时， 即可得出气相色谱分析结果是可靠的。
[0039] 基于上述方法，当气相色谱分析运用于核领域时，由于采样容器和每次由采样容 器所取的裂变气体的量的体积两数值均能够方便准确得到，利用气相色谱分析得到目标组 分的峰面积也能够方便准确得到，故采用本发明提供的方法，在操作过程中，分离系统只采 用一根分子筛填充柱实现Kr、Xe、0 2和N 2的快速完全分离，不需要硅胶柱串联使用，简化了 分离体系；利用一个采样容器作为裂变气体贮存装置，使用抽取量便于标定的抽取工具直 接取样分析，避免了常规气相色谱分析过程中繁琐的"机械栗/六通阀"进样装置，通过连 续两次分析，就能判定分析结果是否可靠，故采用此方法，还大大减小了操作人员与裂变气 体接触的机会。
[0040] 本实施例中，在步骤e中存在比例数值关系判定，判定的原则为：定义Nl为连续的 两次由采样容器中所取特定体积的裂变气体中目标组分量的比值，且Nl为后一次的组分 量与前一次的组分量的比值；定义N2为以上连续的两次气相色谱分析结果中目标组分峰 面积的比值，且N2为后一次结果中的目标组分峰面积与前一次目标组分峰面积的比值，理 论上，当Nl和N2相等时，可判定为气相色谱分析的结果为可靠的，不需要再进行后续的重 复分析对比。但实际操作中，由于存在不可消除的误差，以上Nl和N2数值的差值可在一定 范围内变动，即Nl和N2仅需要近似相等即可判定为测量结果是可靠的，即Nl和N2数值的 差值只需落在一个窄的数值区间以内，也可得出气相色谱分析是可靠的的结论。作为本领 域技术人员，以上数值区间的大小根据实际要求的测量或分析精度而定。
[0041] 本实施例中，若要测量裂变气体中氪、氙的量，则气相色谱分析