[发明专利]一种用于六氟化铀气体样品的同位素分析和其杂质含量测量的装置和方法

说明书

本发明涉及反射式飞行时间质谱仪测量技术领域，具体涉及一种用于六氟化铀气体样品的同位素分析和杂质含量测量的装置，所述的装置包括依次设置的进样器、离化区、反射式质量分析器、微通道板探测器、前置放大器、数据采集卡以及电脑终端和尾气处理，不仅可实现对六氟化铀气体中痕量量级的杂质成分测定，还能实现对铀同位素的丰度的快速测量。本发明所述的装置具有结构紧凑，集成化高，操作安全简单，便于携带搬运的特点；实现了模块化和国产化，具有便于维修维护的特点，在设备退役或者部件更新换代时进行替换和改装模块时较为简易，利用本发明所述的装置，可以快速、准确测量六氟化铀气体样品的同位素分析和杂质含量。

技术领域

本发明属于质谱设备技术领域，更具体的涉及一种用于六氟化铀气体样品的同位素分析和其杂质含量测量的装置和方法。

背景技术

在使用分离扩散法或离心分离法富集铀-235的过程中，必须要用到铀唯一的稳定气态化合物六氟化铀(UF₆)。所以，UF₆是核燃料循环中铀转换、铀浓缩、以及核燃料原件制造等过程的重要物质形式。同时，在生产和转换的过程中，UF₆气体不可避免的混入空气及其他杂质成分，如铝、钙、钍、钚等三十几种金属和非金属核素，其中还会混有一些放射性核素。铀浓缩工厂是核燃料循环的重要加工车间，其运行的控制、产品的分析和核材料的衡算均要求对²³⁵U的丰度给出准确结果，这就需要建立一个准确一致的测量系统进行量值传递。在UF₆的各个生产环节上对空气杂质和HF气体的含量的进行快速、准确测量，是核燃料生产循环安全工作的重要环节，对铀泄露监测以及核保障监督等核安全问题意义重大。

质谱分析作为一种高精度的分析测试手段，是样品在真空环境中被离化失去电子形成离子，利用质荷比的不同，通过电场、磁场或者电磁场作用，在空间或者时间上实现分离，并且最终以谱图形式表示出离子的相对丰度随m/q的变化情况，根据质谱图即可得到分子离子及碎片离子的质量数及其相对强度，即可分析得到待测样的分子量，元素组成及其结构的信息。根据质量分析器原理不同可分为：单聚焦分析器、双聚焦分析器、四极杆分析器、离子阱分析器、色谱仪、富立叶变换离子回旋共振分析器、飞行时间分析器。对于质谱分析以兰铀厂磁偏转气体质谱仪为例，采样系统首先通过低温冷冻除去其中的HF，然后UF₆气体送入质谱仪的离子源。在离子源中，待测的中性分子被70eV的电子轰击成一价离子，随后进入磁偏转质量分析器。控制偏转磁场的强度，²³⁵U⁺和²³⁸U⁺离子通过两个狭缝后，被提取进入法拉第杯。离子流直接为法拉第杯的金属电极所接收，并记录离子流大小。由于UF₆气体容易发生水合反应，产生HF进而导致气体质谱仪的腐蚀。使用时，需要除去其中的HF，而不能实现在线监测。同时，磁谱仪存在测量范围窄的问题，只能用于同位素分析，如果进行扫谱分析，存在时间长的局限性。磁谱仪属重大精密仪器设备，价格非常昂贵，每台设备在千万元以上。结构复杂，操作维护困难，需要专门的技术人员进行日常维护、操作运行，而且许多关键技术被国外垄断，还不能国产。

基于上述，本发明提出了一种用于分析六氟化铀气体样品的装置及测量方法，测量装置基于反射式飞行时间质谱仪的原理，改进出了一套适合于对六氟化铀气体分析的仪器和分析方法，本发明测量方法具有快速、准确特点，特别对于气态放射性核素含量测量优势更为明显，本发明不仅可实现对六氟化铀气体中痕量量级的杂质成分测定，还能实现对铀同位素的丰度的快速测量。

发明内容

本发明目的在于对六氟化铀样品气体中痕量量级的杂质含量实现测定，实现对铀同位素丰度的在线测定。本发明提供了一种用于六氟化铀气体样品的同位素分析和杂质含量测量的装置，所述的装置包括依次设置的进样器、离化区、反射式质量分析器、微通道板探测器、前置放大器、数据采集卡以及电脑终端和尾气处理；