[发明专利]一种测量金属钚氧化百分比的方法

说明书

技术领域

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

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：

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

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。

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：

¹⁷O(n，n′γ)¹⁷O(871keV)；

¹⁷O(α，α′γ)¹⁷O(871keV)；

¹⁸O(n，n′γ)¹⁸O(1982.2keV)；

¹⁸O(α，α′γ)¹⁸O(1982.2keV)；

¹⁷O(α，n)²⁰Ne^*(1634keV)；或

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

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。

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率分别为1.24/10⁶和0.44/10⁶，而在中子激发下分别为622/10⁶和3100/10⁶，由于在自然放射条件下，金属钚材料中α粒子的数量大约是中子数量的10⁸倍，因此氧化钚中的871keV的特征γ射线主要是受到α粒子激发产生的，即：¹⁷O(α，α′γ)¹⁷O(871keV)。

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。

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，¹⁴N的丰度还会较高，因此在测量的γ射线中，¹⁴N(α，p)¹⁷O(871keV)反应产生的γ射线还要比¹⁷O(α，α′γ)¹⁷O(871keV)更高，因此直接利用¹⁷O的871keV特征γ射线判定氧化钚的存在容易受到¹⁴N的干扰。

例如，在文章编号为“Nuclear Instruments and Methods in Physics ResearchA 474(2001)285-293”的文章“The 871keV gamma ray from ¹⁷O 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。