最新刊期
      2024 年 第 47 卷 第 1 期

        中国第十八届释光与电子自旋共振测年学术讨论会专栏

      • 晚更新世化石等效剂量标准生长曲线构建 封面论文 增强出版 AI导读

        “最新研究揭示了通过分析牙釉质化石ESR信号强度，构建标准生长曲线，直接获得样品等效剂量值的潜力，为解决化石年代学问题提供新方案。”
        黄曼琛,韩非,肖萍,李梦琪,高峰
        2024, 47(1): 010001. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.010001
        摘要：通过分析牙釉质化石自然样品的电子自旋共振（Electron Spin Resonance，ESR）信号强度，可以构建牙釉质标准生长曲线（Standardised Growth Curve，SGC），用以直接获得样品等效剂量（DE）值。但由于不同时段的化石样品石化程度不同，其剂量响应特征也不尽相同，很难建立统一的化石标准生长曲线。本研究通过对32个中晚更新世阶段牙釉质样品ESR信号分析发现，这一时段的样品具有近似的剂量响应，因此在前期工作的基础上尝试采用三种不同方法构建晚更新世化石样品的标准生长曲线，并将获得的化石样品等效剂量与附加剂量法的结果进行了比较，最小偏差在26%内。本文还探讨了建立化石样品标准生长曲线的潜在优势。  
        关键词：电子自旋共振测年;等效剂量;标准生长曲线;化石;晚更新世   
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        发布时间：2024-10-25
      • “岩石表层释光测年方法发展迅速，专家分析了参数对暴露年龄和侵蚀速率的影响，为解决定年问题提供新方案。”
        罗明,龚志军,郭福生,彭花明
        2024, 47(1): 010002. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.010002
        摘要：近十年，岩石表层释光测年方法自提出以来发展迅速，表现出广泛的应用前景和潜力，但该方法相关的参数对暴露年龄和侵蚀速率结果的影响却鲜有研究。本文通过模拟光衰减系数μ、晒退速率σφ0¯、环境剂量率D˙及特征饱和剂量D0这些相关参数与半饱和深度（量化释光信号晒退深度的指标）之间的关系，分析研究了上述参数对暴露年龄和侵蚀速率的影响，以及在不同参数μ、σφ0¯、D˙及D0下获得暴露年龄和侵蚀速率的极限。结果表明μ和σφ0¯对释光信号晒退和侵蚀速率的影响非常显著，当增加相同的暴露时间或侵蚀速率时，μ值越小，对应半饱和深度变化的速率更大，而不同σφ0¯值对应半饱和深度变化的速率相同。浅色透光性（μ值较小）岩石是较为理想的定年材料，野外作业中应优先采集。一般情况下，环境剂量率D˙和特征饱和剂量D0的大小对暴露年龄和侵蚀速率的值基本不产生影响，故在实际应用中可忽略岩石表面和内部的D˙值差异。该方法测年范围为10-3~102 ka，获得侵蚀速率范围为10-2~103 mm∙ka-1。  
        关键词：岩石表层;释光测年;侵蚀速率;光衰减参数;数值模拟   
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        发布时间：2024-12-10
      • “最新研究揭示了释光测年技术在考古高温受热材料年代学研究中的潜力，为解决考古难题提供新方案。”
        汪椿鑫,范安川,李波,闫子晗,张小雷
        2024, 47(1): 010003. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.010003
        摘要：释光测年技术在解决考古低温受热材料的年代问题中已趋于成熟，而在考古高温受热材料的释光测年研究中仍颇具挑战。以凌家滩遗址出土陶器中提取的考古高温受热石英（约950 °C）为例，探究此类石英的释光发光光谱特征与释光性质，旨在探讨不同波段的热释光信号在释光测年中的可行性。基于Risø DA-20型释光测年仪器联用Andor光谱仪、电荷耦合器件（Charge-Coupled Device，CCD）相机的释光发光光谱平台，结合对不同波段敏感的光电倍增管与自定义滤光片组合，对比了热释光（Thermoluminescence，TL）、等温热释光（Isothermal Thermoluminescence，ITL）、光释光（Optically Stimulated Luminescence，OSL）测年方法在此类考古高温受热材料中的应用。光谱结果表明：考古高温受热石英具有显著的620 nm左右的红光热释光发光（Red TL），与375 °C TL峰紧密相关，且375 °C Red TL具有光不敏感特征。多波段热释光、多波段等温热释光、常规光释光测年结果均与已知的碳-14年龄在误差范围内一致，表明利用不同波段的释光信号开展考古高温受热材料年代学研究具有潜在的可行性。  
        关键词：考古;陶器;热释光;光谱;年代学   
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        发布时间：2024-12-10
      • “最新研究显示，光释光技术可有效应用于瓷器文物定年，为文物研究提供新方法。”
        杨宏宇,赵晖
        2024, 47(1): 010004. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.010004
        摘要：文物承载着历史和文化，科学定年是文物研究的关键，释光测年技术是陶瓷类文物定年的重要手段。目前，陶瓷类文物释光定年较成熟的方法包括常规热释光法和热释光前剂量法，而使用光释光技术对陶瓷类文物定年鲜有报道。本文使用了常规热释光法、热释光前剂量法和光释光单片再生法（Single-aliquot Regenerative-dose，SAR）对上海青龙镇遗址出土的一件青釉瓷片进行了测年。结果表明：使用常规热释光法测年时，其热释光信号在300~450 ℃几乎为零，无法准确计算等效剂量。采用热释光前剂量法的测年结果为（1.16±0.05） ka，说明该瓷器烧造于唐-五代；采用光释光SAR法的测年结果为（1.35±0.05） ka，烧造于唐代。本研究表明，光释光技术可用于瓷器文物定年，且对于本文中的青釉瓷片样品而言，热释光前剂量法和光释光SAR法的测年结果基本保持一致。  
        关键词：青釉瓷片;测年;常规热释光法;热释光前剂量法;光释光法   
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        发布时间：2024-12-10

        加速器技术、射线技术及应用

      • “在军事领域，为保障军队人员安全，专家建立了核辐射防护服铅当量测量装置，为军用防护材料性能测试提供参考。”
        赵瑞,吴金杰,刘博,汤显强,郭彬,吕雅竹,韩露
        2024, 47(1): 010201. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.010201
        摘要：新型无铅/少铅核辐射防护材料被越来越多地应用于军事领域，用于保障军队人员的安全和身体健康。基于目前军用核辐射防护服屏蔽性能无法准确测量以及溯源问题，为满足国际上主流军用核辐射防护服辐射性能评价需求，建立了用于防护服铅当量测量装置，通过蒙特卡罗模拟和实验测量相结合方式建立了有效能量在130 keV条件下铅当量测量参考辐射质。采用窄束测量条件完成标准铅片的屏蔽性能测量，并对部分厂家生产的军用核辐射防护服材料进行了屏蔽效率与铅当量测试，铅当量测量结果的相对扩展不确定度为4.2%（k=2），为后续更多的军用核辐射防护材料的出厂前性能测试提供测量参考。  
        关键词：核辐射防护材料;130 keV X射线;衰减率;铅当量   
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        发布时间：2024-12-10

        核化学、放射化学、放射性药物和核医学

      • “在钍基熔盐堆核能系统中，专家探索了233PaF5与金属氟化物的分离课题，为提高分离效率提供新思路。”
        霍雨婷,罗艳,项海飞,窦强,马杰,翁鸿蒙,李晴暖
        2024, 47(1): 010301. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.010301
        摘要：在钍基熔盐堆（Thorium Molten Salt Reactor Nuclear Energy System，TMSR）中，233Pa是232Th-233U转换链中重要的中间核素，前期研究的结果表明减压蒸馏技术可以有效实现载体盐FLiBeZr和233PaF5的分离。然而，在蒸发过程中，部分金属氟化物与233PaF5一同被蒸发，但蒸发出来的氟化物可能会在不同的温度下进行冷凝。本文对含有233PaF5和多种金属氟化物的FLiBeZr熔盐进行减压蒸馏，考察不同温度下233PaF5和关键金属氟化物的冷凝行为。结果表明，233PaF5和95Nb氟化物最佳的冷凝温度均为600~700 °C；237U和95Zr氟化物最佳的冷凝温度均为400~500 ℃。在233PaF5的最佳冷凝温度区域，考察并比较了233PaF5与关键金属氟化物间的最佳冷凝温度下分离因子（βB）与平均分离因子（βA）的差异。实验结果表明：95NbF5的βB与βA无明显差异，但237UF4和95ZrF4的βB较βA提高了2~20倍。通过金属氟化物间βB和βA的对比，表明减压蒸馏分离不同金属氟化物不仅取决于各组分的挥发性，还取决于对冷凝温度的控制。  
        关键词：减压蒸馏;FLiBeZr;冷凝行为;233PaF5;关键金属氟化物   
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        发布时间：2024-12-10
      • “在熔盐堆核燃料后处理领域，研究人员采用硫化物沉淀法从废熔盐中分离稀土，实现了99%以上的分离效率，为纯化废盐、实现熔盐的重复利用提供参考。”
        王玉娇,曲雅馨,付海英,程明,窦强,龚昱
        2024, 47(1): 010302. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.010302
        摘要：熔盐堆核燃料后处理过程中分离去除裂变产物，回收载体熔盐，既可减少废物量，又有利于实现有用物质的循环利用。采用水合硫化钠（Na2S∙5H2O）作为沉淀剂，研究了LiF-BeF2熔体中研究了氟化稀土（Ce、Nd、Sm、Eu、Y、Yb）以及氟化钍的高温沉淀反应，比较了不同条件下稀土的去除率。研究表明：600 °C、稀土与沉淀剂的比例为1∶2时，稀土的去除率均低于90%。为进一步提高去除率，采用沉淀-蒸馏联合的方法，沉淀后的混合盐继续升温至950 °C，压力10 Pa的真空条件下蒸馏20 min，冷凝收集盐中稀土Nd的含量降低至1.39×10-4 g∙g-1，Nd的去除率提高至99.6%，同时氧、硫的含量分别为8.5×10-5 g∙g-1、1.50×10-4 g∙g-1。进一步利用X射线衍射（X-ray Diffraction，XRD）、X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy，XPS）、能量色谱仪（Energy Dispersive Spectrometer，EDS）等手段分析沉淀物的组成，确定沉淀物主要为稀土硫化物及稀土硫氧化物。研究表明，硫化物沉淀法从废熔盐中分离稀土具有可行性，采用沉淀-蒸馏联合处理获得稀土99%以上的分离效率，这为纯化废盐、实现熔盐的重复利用提供参考。  
        关键词：熔盐;硫化物;沉淀;稀土;分离   
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        发布时间：2024-12-10

        核电子学与仪器

      • “在核辐射测量领域，专家提出了基于脉冲展开-合成技术的多项式数字脉冲成形方法，有效提升γ能谱测量精度和计数率。”
        兰继美,尹文成,刘羽,沈统,张金钊,冷阳春
        2024, 47(1): 010401. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.010401
        摘要：展开-合成技术常用于核辐射测量中的数字脉冲处理系统。本文提出了一种基于脉冲展开-合成技术的多项式数字脉冲成形方法，实现了平顶展宽尖峰脉冲成形算法。该算法首先将核脉冲信号展开为单位脉冲系列组合，然后合成冲激响应系统来形成尖峰形状，利用改进的平顶尖峰成形算法处理，并在幅值提取准确性、抗干扰能力和堆积识别等方面与传统的滤波成形算法进行比较分析。实验结果表明：针对137Cs的γ特征峰，在相同的成形时间，平顶尖峰成形算法的能量分辨率为7.2%，优于梯形成形、三角成形和高斯成形算法，并且具有高计数率通过性能。因此，该方法可有效取代传统的脉冲成形方法，用于高精度、高计数率的γ能谱测量。  
        关键词：展开-合成技术;平顶尖峰成形;堆积识别;能量分辨率   
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        发布时间：2024-12-10
      • “最新研发的水体γ放射性在线监测系统，实现了全天候远程操控和数据实时上传，具有广泛的应用前景。”
        张胜,王永军,王瑞军,黄清波,张春雷,武明洋
        2024, 47(1): 010402. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.010402
        摘要：针对当前海洋、湖泊、水库、河流等水体放射性在线监测和应急监测的实际需要，研制了一套水体γ放射性在线监测系统。监测系统由基于NaI探测器的γ射线监测装置、4G远程终端（4G Remote Terminal Unit，4G-RTU）通信单元、供电一体化防水抗压浮体装置以及配套软件组成。利用监测系统开展了γ射线监测装置的主要性能指标、系统的适应性和准确性以及软件功能等测试，采集了足量的原始能谱数据，进行了设计指标与实测指标的对比分析，并开展了初步应用研究。结果表明：在4G网络覆盖的范围内，该系统能够实现全天时远程操控设备，完成实时在线监测并上传数据，满足应用需求，达到预期功能。系统的可探测能量范围为30~3 000 keV，对137Cs的662 keV γ射线的能量分辨率为7.3%；对208Tl的2 614 keV γ射线的能谱漂移为0.33%，能谱能量线性度为0.999 970；系统在连续工作7 h条件下，能谱稳定性最大值为2.28%，最小值为-2.36%，对137Cs的最小可探测活度（Minimum Detectable Activity，MDA）为0.75 Bq∙L-1；系统的工作温度范围为-5~+50 ℃。该系统可用于海洋、湖泊、河流等水体的放射性在线监测和应急监测领域，具有重要的推广价值和应用前景。  
        关键词：4G-RTU;水体;γ放射性;在线监测   
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        发布时间：2024-12-10
      • “在核信号处理领域，专家提出了卷积型类高斯成形滤波算法，有效提高了脉冲分离能力和能谱分辨率。”
        王怀平,周建斌,庹先国,王明,汪雪元,冯林
        2024, 47(1): 010403. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.010403
        摘要：高斯信号具有对称性和完备性，因此高斯滤波方法在核信号处理以及辐射能谱分析时得到大量使用。目前构造实时处理核脉冲信号的真高斯成形滤波器尚有难度，实际常用数字类高斯成形算法主要是基于模拟核电子学中Sallen-Key滤波器和CR-（RC）n滤波器的电路微分方程推导而得到，其输出的类高斯脉冲信号对称性较差、单级使用时存在下冲等问题。本文提出一种卷积型类高斯成形滤波算法，它以梯形脉冲信号为基础，经过第一次卷积实现双极性脉冲成形，再次卷积进行累加求和从而得到左右对称的类高斯脉冲，利用Z变换方法推导出该算法的数字递推公式。通过仿真模拟研究了算法的有效性和成形参数对幅频特性的影响规律，成形参数na和nc取值增大时，滤波器通频带减小，低频成分幅度相对增加，高频噪声抑制作用增强，但也导致成形脉冲变宽，增加了脉冲堆积概率。最后，利用搭建的X射线荧光测量系统实验平台获取实测核脉冲数据，分别应用类高斯成形算法和梯形成形算法进行离线处理，实验结果表明：该类高斯成形算法具有更好的堆积脉冲分离能力，在相同的X光管管压和管流条件下，设置相同的达峰时间，两者所得能谱的能量分辨率基本相当，但是类高斯成形的能谱具有更高的特征峰面积和总计数。  
        关键词：数字脉冲处理;类高斯成形;梯形成形;能量分辨率   
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        发布时间：2024-12-10
      • “最新研究进展：专家通过Maxwell软件模拟电离室电场强度分布，为粒子源水吸收剂量测量装置优化设计提供支撑。”
        杭仲斌,刘蕴韬,宋明哲,魏可新,王红玉,刘川凤,滕忠斌,耿璇
        2024, 47(1): 010404. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.010404
        摘要：拟研制125I粒子源水吸收剂量绝对测量电离室，通过Maxwell软件建立电离室内部模型，模拟得出电离室无保护极、不同保护极环宽度，不同绝缘环宽度、不同栅极个数、不同栅极形状和不同栅极厚度下的电场强度分布，并进行了定性和定量的分析。结果表明：绝缘环宽度的增加会使收集极边缘处的边缘效应增强，应尽量使绝缘环宽度减小；在设计电离室时，应当使保护极宽度和收集极半径比值不低于2。当栅极个数为15个时，电场强度的变化幅度可减少为1%左右，表明通过增加栅极个数能有效改善电场的均匀性。相较于栅极截面为圆形和三角形，当栅极截面为矩形时，电场强度的变化幅度较小。栅极厚度越大，栅极边缘处的边缘效应越严重，应尽量减少栅极厚度。本次研究结果将为后续粒子源水吸收剂量绝对测量标准装置的优化设计提供支撑。  
        关键词：电场模拟;有限元法;粒子源;外推电离室   
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        发布时间：2024-12-10

        核能科学与工程

      • “在反应堆数值计算领域，研究者基于DRAGON/DONJON计算BEAVRS 2.02基准题，验证了两步法在精细化模型计算中的适用性，为反应堆模拟提供了可靠方案。”
        袁显宝,刘曾豪,张彬航,张永红,唐海波,杨森权,肖云龙
        2024, 47(1): 010601. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.010601
        摘要：两步法作为反应堆数值计算中的主流方法，因其受制于组件均匀化计算和堆芯扩散近似计算中引入的简化假设，对于精细化模型的计算可靠性需要进一步研究。基于DRAGON/DONJON计算BEAVRS 2.02（Benchmark for Evaluation And Validation of Reactor Simulations Rev.2.0.2）基准题在热态零功率状态下的各项参数，先对组件进行输运计算，获得均匀化少群常数；再使用少群常数完成全堆芯扩散计算，最后比较了传统均匀化、一次多区均匀化和多次多区均匀化三种方案的计算误差。结果表明：本文计算结果与基准值相比吻合良好，临界硼浓度的误差在5×10-5以内，控制棒价值的误差在5×10-4以内。进一步对比裂变率发现，采用一次多区均匀化方案能将非对称燃料组件及相邻组件的平均误差从5.62%降低至3.345%，检验了两步法在精细化模型计算中的适用性。  
        关键词：两步法;BEAVRS基准题;均匀化方案;DRAGON/DONJON;仿真计算   
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        发布时间：2024-12-10
      • “在无人潜航器领域，新型兆瓦级核动力装置的非能动余热排出系统设计取得进展，为核动力装置安全性提供保障。”
        袁乐齐,吴和鑫,苟军利,单建强
        2024, 47(1): 010602. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.010602
        摘要：热管堆具有结构简单、布局紧凑、固有安全性高的特点，是无人潜航器的理想堆型之一。针对采用热管堆的新型兆瓦级高效紧凑核动力装置，设计了一种利用自然循环冷却热管绝热段的非能动余热排出系统。使用计算流体力学方法对不同几何参数的余排系统的排热能力进行模拟分析，使其保守满足最大余排功率的需求。结果表明：热管管束周围设计围板导流有利于降低流体最高温度，围板进出口宽度几乎不影响换热能力，而延长围板下部不利于自然循环；3.5兆瓦热管堆的应急冷却舱轴向长度为160 mm时可以保守满足最大余排功率，并在5⁓25 ℃的环境温度下均可正常工作。  
        关键词：热管堆;无人潜航器;非能动余热排出系统;高温热管;数值模拟   
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        发布时间：2024-12-10
      • “在核反应堆安全领域，基于软注意力的GRU模型为堆芯热工水力参数连续预测提供新方案，有效提高预测精度，对维护反应堆安全具有重要意义。”
        淳思琦,冯欢,张安妮,赵鹏程
        2024, 47(1): 010603. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.010603
        摘要：反应堆在各种工况下堆芯瞬态热工水力参数预测的准确性，直接影响到反应堆的安全性。质量流量和温度作为堆芯热工水力的重要参数，二者常被建模为时间序列预测问题。研究旨在解决瞬时条件下堆芯热工水力参数连续预测的精度问题，检验基于注意力机制的门控循环单元在核心参数预测中的可行性。本文采用1/2中国实验快堆（China Experimental Fast Reactor，CEFR）为研究对象，使用快堆子通道程序SUBCHANFLOW生成瞬态堆芯热工水力参数的时间序列，采用基于软注意力的门控循环单元（Gated Recurrent Unit，GRU）模型预测堆芯的质量流量和温度时间序列。结果表明：相较于自适应径向基（Radial Basis Function，RBF）神经网络，本文使用的软注意力的GRU网络模型预测结果更好，温度在步长为3的情况下平均相对误差不超过0.5%，在15 s内预测效果较好；质量流量在步长为10的情况下平均相对误差不超过5%，且在后续12 s内预测效果较好。本文构建的模型不仅在连续预测过程中表现出更高的预测精度，且能捕捉到动态时间序列中的趋势特点，这对维护反应堆安全，有效防止核电厂事故有极大的用处。基于软注意力的GRU模型能在瞬态反应堆工况下提供一段时间的连续预测，在工程应用中和提高反应堆安全性上具有一定的参考价值。  
        关键词：门控循环单元;软注意力;快堆;瞬态热工水力;参数预测   
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        发布时间：2024-12-10
      • “在核电系统热力管道内，滞流分支管热分层现象研究取得进展，为后续实验研究和应力分析提供理论依据。”
        马竞翔,董世昌,龚圣捷
        2024, 47(1): 010604. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.010604
        摘要：在核电系统热力管道内，热分层现象较为常见，会造成应力集中并引起管道结构变形，进而带来安全隐患。滞流分支管与冷却剂主管道相连接，管内流体与一回路主管道冷却剂存在较大温差，受到湍流渗透和阀门泄漏等因素的影响，分支管内容易发生热分层现象。对滞流分支管热分层的温度变化特性和流动特性进行研究分析，为后续的实验研究和应力分析提供理论依据。建立了滞流分支管模型，在泄漏流量为0.062 kg·s-1、泄漏温度为488.15 K、泄漏压力为6 MPa条件下，采用SST k-ω模型（Shear Stress Transport k-ω model）对滞流分支管热分层现象展开三维数值模拟研究。模拟结果表明：热分层现象容易出现在水平管段，无保温措施及大管径会加剧热分层现象，而弯管段能有效降低截面温差；滞流分支管的水平管段内存在回流现象，而大小头管段结构导致管内流场出现二次回流，回流现象不利于管道内冷热流体的混合，使热分层的影响时间更长。滞流管分支管的热分层现象与等截面管道存在明显区别。  
        关键词：压水堆;滞流分支管;热分层现象;CFD   
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        发布时间：2024-12-10
      • “在熔盐堆燃料盐合成领域，研究人员采用X射线衍射内标法测量氟化物体系中的UF3含量，建立了测量分析方法，为混合氟盐样品的UF3分析提供解决方案。”
        徐士专,陈健,邹金钊,王鹏,曹长青,林俊
        2024, 47(1): 010605. DOI: 10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.010605
        摘要：在氟化物熔盐相直接将UF6中转化为UF4是熔盐堆燃料盐的合成及重构的候选工艺之一。其中，UF3是该工艺过程的重要中间产物，其含量是开展工艺研究的关键参数之一。本文采用X射线衍射（X-ray Diffraction，XRD）内标法测量氟化物体系中的UF3含量，分析了不同组分的固态熔盐样品，建立了UF3含量的测量分析方法。首先以刚玉（α-Al2O3）为内标，获得了UF3在1.00~10.00 wt%含量范围时，LiF-BeF2-UF3熔盐的XRD峰高度内标曲线（R=0.986）和峰面积内标曲线（R=0.995）。然后应用这两条内标曲线测量已知含量的LiUF5和UF3固体混合样品，结果表明峰面积内标曲线具有更好的准确度，测量相对误差不大于8.7%。最后分别对快速冷却的LiF-BeF2-UF3固态熔盐样品和自然冷却的LiF-BeF2-UF3-LiUF5固态熔盐样品进行测量，测量结果的相对误差不大于5.4%。以上结果表明：本文建立的XRD内标法可以用于混合氟盐样品的UF3分析，并具有较好的测量精度和重复性。  
        关键词：三氟化铀;X射线衍射;内标法;定量分析;液态燃料   
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        发布时间：2024-12-10
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