气相色谱法测定燃料元件裂变气体中氪、氙

日期: 2024-03-29 00:00:00 分类: 其他浏览量：留言数： 55999

摘要：采用普瑞GC-9280系列气相色谱法测定燃料元件裂变气体中氪、氙的含量。用100°C的填充5A分子筛的不锈钢色谱柱分离，热导监测器监测。氪和氙的体积均在0.3∽100μL范围内与其峰面积呈线性关系，方法的检出限（3S/N）均为0.03μL。氪、氙的加标回收率分别为98.0%，98.7%，测定值的相对标准偏差（n=6）分别为1.0%，1.1%。方法用于国产燃料元件裂变气体的分析，结果表明：所测试燃料元件中释放氪、氙气体含量分别在3.33∽39.52μL和25.19∽288.80μL之间，氙与氪的体积比在6.7∽7.6之间。

⁸⁵Kr^m、⁸⁵Kr、⁸⁷Kr、⁸⁸Kr、¹³³Xe^m、¹³³Xe、¹³⁵Xe^m、¹³⁵Xe、¹³⁸Xe等氪和氙变气体是核燃料中的²³⁵U第核素在列变过程中产生的，大部分积贮在辐照后燃料元件芯块内，少部分释放到芯块与包壳间的空隙里。裂变气体会引起燃料芯块辐照肿胀，增加元件内压，降低燃料元件的传热性能，研究它的行为是反应堆元件设计和安全运行的重要课题。

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非常重要。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３×３－２小组件中平均燃耗31GW • d／t的老元件裂变气体释放率约２０％^[2]，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，氪和氙的释放率分别仅为0.10%～0.34%和0.12%～0.38%^[38]。对刺破燃料元件后释放来的裂变气体含量进行准确的分析，通过裂变气体释放率反映出气体释放的难易程度，结合燃料元件的几何尺寸、²³⁵U丰度和燃耗值等其他信息，可以获得有价值的细节信息，如燃料芯块有裂纹会导致裂变气体释放率大幅增加，包壳破损的燃料元件则会出现异常低的裂变气体含量等信息。

虽然⁸⁵Kr、¹³³Xe、¹³⁵Xe等裂变气体核素均有放射性，会放射出β射线、γ射线等，专用的核探测仪表对其分析灵敏度很高^[4]，但真实的裂变气体样品较复杂，不仅多种核素混在一起,且各个放射性核素的半衰期和转化方式也有很大不同，对裂变气体氪、氙的总量进行定量分析时，气相色谱法是分析燃料元件释放的裂变气体氪、氙总含量的基本方法^[5-6]。

本工作采用气相色谱法对燃料元件裂变气体氪、氙总含量进行定量分析。

1、实验部分

1.1仪器与试剂

普瑞GC-9280型气相色谱仪，配配热导检测器（TCD）,10mLＬ阀式气相色谱注射器；78.39mL玻璃采样器。

氪、氙标准气纯度均不小于99.995%。

1.2色谱条件

自装色谱柱，将粒径0.2-0.3ｍｍ的5A分子筛再次过筛后放入马弗炉中，于330°C烘4h，置于干燥器中冷却至常温。在负压下将分子筛加入柱子，把色谱柱接入气相色谱仪，并在330°C下老化6h。

柱温100°C；进样口温度120℃ ；检器温度120℃；热丝温度220℃ ；载气为氦气（纯度不小于99.995%）流量30mL• min^-1参考气流量30mL• min^-1；尾吹气流量10mL• min^-1；增益1倍；基线波动小于９μＶ•ｈ^-１；进样方式为注射器手动进样，进样量为0.3～100μL。