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组会:金属稳定同位素测量技术在核环境研究中的应用前景——李杰

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金属稳定同位素测量技术在核环境研究中的应用前景——李杰

李杏,Sept. 27, 2022

一、核燃料循环

核燃料循环1.jpg核燃料循环2.jpg

 

核燃料循环的过程:将采集的矿石碾碎成粉,然后进行加工和富集,将其制造为燃料进入发电厂转换成电能,同时要进行回收利用。核燃料具有放射性,对人体健康会产生影响。其分为外照射和内照射。外照射包括排放到环境中的核素(γ射线、中子、α粒子、电子)、射线装置和放射源(钴源)。内照射分为吸入、食入和皮肤渗入。常见的核素有234U、235U、238U、3H、238Pu、239Pu、241Pu。其中235U在不同的过程具有不同的丰度,矿冶天然铀0.711%,转化0.711%,浓缩3+%,元件3+%,核电3-%,后处理1%左右。

 

二、同位素分析方法解决途径

需要使用同位素测量的研究方向有:污染边界界定、污染场地再悬浮的本底扣除、乏燃料水池等工程屏障是否破坏、核不扩散的核查与反核查。

  1. 污染边界的界定

科学问题:确定正常工况下核燃料循环设施排放的影响范围

基础原理:环境监测项目为总铀,单纯测量总铀无法判断是污染来源本底还是设施排放。同位素的测量是解决该问题的钥匙。

制约条件:使用天然铀的设施无法判定

2.污染场地再悬浮的本底扣除

再悬浮指事故发生后,沉降在地表的放射性同位素经扰动(主要是风)后,再次漂浮于空气中的现象。

科学问题:判断漂浮于空气中的放射性核素有多少来自于单次事件/事故。

基础原理:通过同位素比例测量,给出来自事故的排放份额。

制约因素:气溶胶采样方法和采样精度

3.乏燃料水池等工程屏障是否破坏

核电厂的乏燃料水池和燃料设施的废水池均设置了工程屏障,通过对监测井中的铀进行监测,判断工程屏障是否破坏。

科学问题:工程屏障的破损后,含放射性废水会泄漏进入地下水,在泄漏量较小的时候,无法分辨是泄露还是本底涨落。

基础原理:泄漏进地下水后,同位素丰度改变

制约因素:在泄漏较小时,同位素丰度改变需超过测量误差

4. 核查与反核查

同位素的分析,在某些场景下可以推导出设施进行的核活动。

科学问题:在人为改变同位素构成后,其排放或者泄漏,都会在自然界留下痕迹。可以借此反推进行过的核活动。

基础原理:同位素变化

制约因素:采样点的选取

 

三、同位素测量的应用前景及制约因素

1.应用前景

核基地调查:天然放射性的扣除、追溯性分析应用、精细化分析、核应急

再悬浮研究:示踪分析、组分区分

污染验证:判断污染是否发生

2.制约因素

核工业的特殊性、测量需求精度、特征核素体系建立、经费支撑、合作配合、精力分配

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