RU2230704C2 - Method of determining impurities in solid uranium compounds and device for implementation thereof - Google Patents
Method of determining impurities in solid uranium compounds and device for implementation thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2230704C2 RU2230704C2 RU2002125804/15A RU2002125804A RU2230704C2 RU 2230704 C2 RU2230704 C2 RU 2230704C2 RU 2002125804/15 A RU2002125804/15 A RU 2002125804/15A RU 2002125804 A RU2002125804 A RU 2002125804A RU 2230704 C2 RU2230704 C2 RU 2230704C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- impurities
- uranium
- fluorination
- fluorine
- solid
- Prior art date
Links
- 239000012535 impurity Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 150000003671 uranium compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 238000003682 fluorination reaction Methods 0.000 claims abstract description 27
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical group FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 3
- SANRKQGLYCLAFE-UHFFFAOYSA-H uranium hexafluoride Chemical class F[U](F)(F)(F)(F)F SANRKQGLYCLAFE-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 6
- WZECUPJJEIXUKY-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[U+6] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[U+6] WZECUPJJEIXUKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910000439 uranium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 abstract description 14
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 14
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 11
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 9
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 4
- BMKRASMRTUQHFM-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[U+6].[U+6] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[U+6].[U+6] BMKRASMRTUQHFM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000001819 mass spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 2
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WSWMGHRLUYADNA-UHFFFAOYSA-N 7-nitro-1,2,3,4-tetrahydroquinoline Chemical compound C1CCNC2=CC([N+](=O)[O-])=CC=C21 WSWMGHRLUYADNA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910015275 MoF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MEIDRGPPJVWRKW-UHFFFAOYSA-N [F].[Ni] Chemical group [F].[Ni] MEIDRGPPJVWRKW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OIKBQDZWNWMZLB-UHFFFAOYSA-N [Ni].[U] Chemical compound [Ni].[U] OIKBQDZWNWMZLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FQHQHCQTFPGBLQ-UHFFFAOYSA-N [U+6].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O Chemical class [U+6].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O FQHQHCQTFPGBLQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 239000012482 calibration solution Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- KCKICANVXIVOLK-UHFFFAOYSA-L dioxouranium(2+);difluoride Chemical compound [F-].[F-].O=[U+2]=O KCKICANVXIVOLK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 1
- CRFFKOZWRYKDEG-UHFFFAOYSA-N fluoro hypofluorite vanadium Chemical compound [V].FOF CRFFKOZWRYKDEG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 description 1
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910001506 inorganic fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- BNVPLKJYDKYBMC-UHFFFAOYSA-K nickel(3+);trifluoride Chemical compound F[Ni](F)F BNVPLKJYDKYBMC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000001272 nitrous oxide Substances 0.000 description 1
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 1
- OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);uranium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[U+4] OOAWCECZEHPMBX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- FFUQCRZBKUBHQT-UHFFFAOYSA-N phosphoryl fluoride Chemical compound FP(F)(F)=O FFUQCRZBKUBHQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005375 photometry Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- ABTOQLMXBSRXSM-UHFFFAOYSA-N silicon tetrafluoride Chemical compound F[Si](F)(F)F ABTOQLMXBSRXSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- NXHILIPIEUBEPD-UHFFFAOYSA-H tungsten hexafluoride Chemical compound F[W](F)(F)(F)(F)F NXHILIPIEUBEPD-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N uranium dioxide Inorganic materials O=[U]=O FCTBKIHDJGHPPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MZFRHHGRNOIMLW-UHFFFAOYSA-J uranium(4+);tetrafluoride Chemical compound F[U](F)(F)F MZFRHHGRNOIMLW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области анализа материалов, а именно к способам определения содержания примесей в твердых соединениях урана, например, в закиси-окиси урана, тетрафториде урана, уранилфториде урана и диоксиде урана, и может быть использовано на предприятиях ядерно-топливного цикла. С помощью предлагаемого способа в соединениях урана может быть определено содержание элементов, способных образовывать, как и сам уран, летучие фториды, а именно, содержание кремния, фосфора, хрома, молибдена, вольфрама, ванадия, углерода и других.The invention relates to the field of analysis of materials, and in particular to methods for determining the content of impurities in solid uranium compounds, for example, uranium oxide, uranium tetrafluoride, uranyl fluoride and uranium dioxide, and can be used in nuclear fuel cycle enterprises. Using the proposed method, the content of elements capable of forming, like uranium itself, volatile fluorides, namely, the content of silicon, phosphorus, chromium, molybdenum, tungsten, vanadium, carbon and others, can be determined in uranium compounds.
Известны следующие методы определения вышеперечисленных элементов в соединениях урана: спектральный метод [1, 2] и масс-спектрометрический метод с индуктивно-связанной плазмой [3, 4].The following methods are known for determining the above elements in uranium compounds: spectral method [1, 2] and mass spectrometric method with inductively coupled plasma [3, 4].
При определении содержания примесей в уране спектральным методом проводят возбуждение спектров примесей в дуге постоянного тока, регистрацию спектров фотографическим способом (на фотопластинках), фотометрирование спектров на микрофотометрах, и затем сравнение плотности аналитических линий на фотопластинке, соответствующих содержанию примесей в пробе и в калибровочном образце с известным содержанием примесей. Перед проведением измерений выполняют длительную подготовку пробы, которая заключается в получении кислотного раствора урана, его выпаривании до получения азотнокислых солей урана, последующего растворения солей и отделении примесей от урана с помощью экстракционно-распределительной хроматографии, концентрацией примесей путем выпаривания полученного элюата и последующим смешением с основой (графитовым порошком). Общее время проведения анализа составляет несколько часов, предел обнаружения для разных элементов изменяется от 0,5 до 10 мкг/г урана, относительная погрешность - 30-50%.When determining the content of impurities in uranium by the spectral method, the spectra of impurities are excited in a direct current arc, spectra are recorded in a photographic way (on photographic plates), photometry of spectra is performed on microphotometers, and then the density of analytical lines on a photographic plate corresponding to the content of impurities in the sample and in the calibration sample is compared with known impurity content. Before the measurements, a long sample preparation is carried out, which consists in obtaining an uranium acid solution, evaporating it to obtain uranium nitrate salts, then dissolving the salts and separating the impurities from uranium using extraction and distribution chromatography, concentration of the impurities by evaporation of the obtained eluate and subsequent mixing with the base (graphite powder). The total analysis time is several hours, the detection limit for different elements varies from 0.5 to 10 μg / g of uranium, the relative error is 30-50%.
При определении содержания примесей в соединениях урана масс-спектрометрическим методом с использованием индуктивно-связанной плазмы (ИСП) сначала проводится растворение урана в кислотных растворах, затем полученный раствор разбавляют дистиллированной водой до содержания урана в растворе не более 1 мг/л, и после вводят раствор в сверхзвуковой распылитель, в котором получают аэрозоль с размером частиц около 1 мкм. Часть распыленной пробы вводят в плазменную горелку в потоке аргона в область плазменного факела. Плазма образуется в результате воздействия высокочастотного электрического поля, создаваемого генератором. В плазме происходит полная фрагментация молекул на атомы, которые частично ионизируются. Образовавшиеся ионы проходят несколько ступеней газодинамического интерфейса и поступают в область анализатора масс. В качестве масс-анализаторов для работы с источниками ионов на основе ИСП применяют анализаторы динамического (квадрупольные) или статического (магнитные) типов. Измеряя выходные сигналы урана и присутствующих в растворе примесных элементов, и сравнивая сигналы, полученные при анализе пробы, с сигналами, зарегистрированными при анализе калибровочных растворов с известными концентрациями примесей, определяют массовую долю элементов. Аналитические характеристики выпускаемых промышленных приборов обеспечивают возможность определения содержания большинства элементов с пределом обнаружения до 1·10-5 %г/г урана, относительная погрешность анализа составляет 10-25%.When determining the content of impurities in uranium compounds by a mass spectrometric method using inductively coupled plasma (ICP), the uranium is first dissolved in acid solutions, then the resulting solution is diluted with distilled water to a uranium content in the solution of not more than 1 mg / l, and then the solution is introduced in a supersonic atomizer in which an aerosol with a particle size of about 1 μm is obtained. A portion of the atomized sample is introduced into the plasma torch in an argon stream into the region of the plasma torch. Plasma is formed as a result of exposure to a high-frequency electric field created by a generator. In plasma, there is a complete fragmentation of molecules into atoms, which are partially ionized. The resulting ions pass through several stages of the gas-dynamic interface and enter the region of the mass analyzer. As mass analyzers for working with ICP-based ion sources, dynamic (quadrupole) or static (magnetic) type analyzers are used. By measuring the output signals of uranium and impurity elements present in the solution, and comparing the signals obtained in the analysis of the sample with the signals recorded in the analysis of calibration solutions with known concentrations of impurities, the mass fraction of elements is determined. The analytical characteristics of manufactured industrial devices provide the ability to determine the content of most elements with a detection limit of 1 · 10 -5 % g / g uranium, the relative error of the analysis is 10-25%.
Спектральный и масс-спектрометрический с ИСП методы анализа примесей в твердых соединениях урана являются достаточно трудоемкими и требуют наличия дорогостоящего оборудования, производимого, в основном, зарубежными фирмами.Spectral and mass spectrometric with ICP methods for the analysis of impurities in solid uranium compounds are quite time-consuming and require expensive equipment produced mainly by foreign companies.
Целью заявляемого изобретения является создание более простого способа анализа примесей в твердых соединениях урана, требующего на проведение меньших затрат времени и выполняемого с помощью статического газового масс-спектрометра типа МИ1201 или ему подобного.The aim of the invention is to create a simpler method for the analysis of impurities in solid uranium compounds, requiring less time and performed using a static gas mass spectrometer type MI1201 or the like.
Поставленная цель достигается тем, что определение содержания примесей в твердых соединениях урана с использованием газового масс-спектрометра осуществляется с предварительным фторированием анализируемой пробы атомарным фтором, выделяемым при разложении молекулярного фтора на никелевом электроде при температуре 550-600°С в специальном устройстве, устанавливаемом непосредственно в вакуумной системе ввода пробы газового масс-спектрометра, при этом определяют содержание примесей в гексафториде урана, получившемся в результате фторирования, и проводят расчет массовой доли примесей в твердых соединениях урана с учетом индивидуальных коэффициентов фторирования для каждого элемента примесей.The goal is achieved in that the determination of the content of impurities in solid uranium compounds using a gas mass spectrometer is carried out with preliminary fluorination of the analyzed sample by atomic fluorine released during the decomposition of molecular fluorine on a nickel electrode at a temperature of 550-600 ° C in a special device installed directly in vacuum system for introducing a sample of a gas mass spectrometer, while the content of impurities in uranium hexafluoride resulting from fluorine is determined and calculate the mass fraction of impurities in solid uranium compounds, taking into account individual fluorination coefficients for each element of impurities.
Реализация данного способа определения примесей в закиси-окиси урана стала возможной благодаря тому, что в процессе фторирования одновременно с переходом соединений урана в гексафторид урана (UF6), происходит образование летучих фторидов примесных элементов: тетрафторида кремния (SiF4), оксифторида фосфора (PF5), гексафторида вольфрама (WF6), гексафторида молибдена (MoF6), оксифторида ванадия (VОF3), тетрафторида углерода (CF4) и др.The implementation of this method for the determination of impurities in uranium oxide-uranium became possible due to the fact that in the process of fluorination, simultaneously with the transition of uranium compounds to uranium hexafluoride (UF 6 ), volatile fluorides of impurity elements are formed: silicon tetrafluoride (SiF 4 ), phosphorus oxyfluoride (PF 5 ), tungsten hexafluoride (WF 6 ), molybdenum hexafluoride (MoF 6 ), vanadium oxyfluoride (VOF 3 ), carbon tetrafluoride (CF 4 ), etc.
Проведение количественного анализа содержания примесей в твердых соединениях урана стало возможным благодаря точному определению индивидуальных коэффициентов фторирования (fi) различных элементов, экспериментально определенных при фторировании государственных стандартных образцов состава твердых соединений урана. Данные коэффициенты, количественно характеризующие степень фторирования каждого элемента, были определены для используемого устройства и режима фторирования.A quantitative analysis of the content of impurities in solid uranium compounds has become possible due to the accurate determination of individual fluorination coefficients (f i ) of various elements experimentally determined during fluorination of state standard samples of the composition of solid uranium compounds. These coefficients, quantitatively characterizing the degree of fluorination of each element, were determined for the device used and the fluorination mode.
Фторирование соединений урана и примесей проводят в устройстве (реакторе), приведенном на фиг.1. Реактор состоит из корпуса 1 и крышки 2, изготовленных из коррозионно-стойкой стали. К корпусу реактора приварены два патрубка 9 для подачи фтора в реактор и вывода газообразных продуктов фторирования из него. Внутрь корпуса через герметичное сальниковое уплотнение 4 введен электрод 3. Нижняя часть электрода выполнена из никелевой проволоки 8. На дне реактора размещена перфорированная чашечка 7 из коррозионно-стойкой стали, с никелевой сеткой 5, на которую помещается навеска закиси окиси урана 6. Конструктивно реактор выполнен таким образом, чтобы расстояние между навеской закиси-окиси урана и никелевым электродом было минимальным (1-2 мм).Fluorination of uranium compounds and impurities is carried out in the device (reactor) shown in figure 1. The reactor consists of a housing 1 and a
В данном устройстве реализован известный способ фторирования [5, 6] атомарным фтором, выделяющимся при температуре 550-600°С на никелевом катализаторе (электроде) в результате термического разложения фторкомплексов никеля. Нагрев никелевого электрода до данной температуры осуществляется в результате подачи напряжения на электрод, соответствующего значению силы тока 6-7 А. При этом, например, для трифторида никеля проходят следующие реакции:This device implements the known method of fluorination [5, 6] of atomic fluorine released at a temperature of 550-600 ° C on a nickel catalyst (electrode) as a result of thermal decomposition of nickel fluorine complexes. The nickel electrode is heated to this temperature by applying a voltage to the electrode corresponding to a current value of 6-7 A. In this case, for example, for nickel trifluoride, the following reactions take place:
NiF3 → F°+NiF2 NiF 3 → F ° + NiF 2
2NiF2+F2 → 2NiF3 2NiF 2 + F 2 → 2NiF 3
Атомарный фтор активно реагирует с примесями и с закисью-окисью урана, для которой реакция взаимодействия с атомарным фтором может быть представлена в следующем виде:Atomic fluorine actively reacts with impurities and with nitrous oxide, uranium, for which the reaction of interaction with atomic fluorine can be represented as follows:
U3O8+18F°=3UF6+4O2 U 3 O 8 + 18F ° = 3UF 6 + 4O 2
Предлагаемая конструкция реактора позволяет проводить практически полное фторирование навески закиси-окиси урана массой 0.05-0.1 г в течение 20-30 минут, при расходе фтора через реактор 0.02-0.04 г/мин. Давление фтора в области реактора составляет 30-35 мм рт. ст. Данная масса навески является достаточной для проведения последующего масс-спектрометрического анализа гексафторида урана, получившегося в результате фторирования.The proposed reactor design allows almost complete fluorination of a sample of uranium oxide-uranium weighing 0.05-0.1 g for 20-30 minutes, with a fluorine flow rate of 0.02-0.04 g / min through the reactor. The fluorine pressure in the reactor region is 30-35 mm Hg. Art. This weight of the sample is sufficient for subsequent mass spectrometric analysis of uranium hexafluoride resulting from fluorination.
Принципиальная вакуумная схема для проведения процедуры фторирования твердых соединений урана и последующего анализа примесей в получившемся гексафториде урана с помощью газового масс-спектрометра приведена на фиг.2. В состав вакуумной схемы входят: баллон со фтором Ф; реактор R; криогенный элемент Д1 для предварительной очистки фтора от органических примесей при температуре жидкого азота; манометр M1 для контроля давления в объеме Д1 с целью исключения конденсации фтора; расходная шайба Ш для задания расхода фтора через реактор; криогенный элемент Д2 для конденсации продуктов фторирования при температуре жидкого азота; сорбционная колонка с поглотителем П для сбора неиспользованных остатков фтора; манометр М2 для контроля давления продуктов фторирования при проведении измерений; игольчатый клапан 8 для ввода полученного гексафторида урана в масс-спектрометр; клапаны 1-7 для управления схемой.The principal vacuum circuit for carrying out the procedure of fluorination of solid uranium compounds and subsequent analysis of impurities in the resulting uranium hexafluoride using a gas mass spectrometer is shown in Fig.2. The composition of the vacuum circuit includes: a cylinder with fluorine F; reactor R; cryogenic element D1 for preliminary purification of fluorine from organic impurities at a temperature of liquid nitrogen; pressure gauge M1 for monitoring pressure in the volume D1 in order to prevent fluorine condensation; washer Ш for setting the fluorine consumption through the reactor; cryogenic element D2 for condensation of fluorination products at the temperature of liquid nitrogen; sorption column with absorber P to collect unused fluorine residues; manometer M2 for monitoring the pressure of fluorination products during measurements; a
При определении содержания примесей в твердых соединениях урана, например, в закиси-окиси урана, выполняют следующие действия:When determining the content of impurities in solid uranium compounds, for example, in uranium oxide, perform the following actions:
- помещают навеску твердых соединений урана в реактор и откачивают воздух из области реактора;- place a sample of solid uranium compounds in the reactor and pump air from the reactor area;
- проводят сушку твердых соединений в течение ~5 минут при температуре 300-400°С с одновременной откачкой вакуумной системы;- carry out the drying of solid compounds for ~ 5 minutes at a temperature of 300-400 ° C with simultaneous pumping of the vacuum system;
- заливают жидкий азот в криогенные элементы;- pour liquid nitrogen into cryogenic elements;
- открывают сорбционную колонку с поглотителем и устанавливают поток фтора через реактор, фторирование проводится в течение 20-30 мин;- open the sorption column with an absorber and establish a fluorine flow through the reactor, fluorination is carried out for 20-30 minutes;
- после проведения фторирования нагревают до комнатной температуры криогенный элемент Д2 и распускают продукты фторирования до дозирующего клапана;- after conducting fluorination, the cryogenic element D2 is heated to room temperature and fluorination products are dissolved to a metering valve;
- открывают дозирующий клапан и записывают масс-спектр продуктов фторирования;- open the metering valve and record the mass spectrum of fluorination products;
- по величине выходных сигналов масс-спектра, соответствующих содержанию примесных соединений в пробе, производят расчет массовой доли примесных соединений по формуле 1:- the magnitude of the output signals of the mass spectrum corresponding to the content of impurity compounds in the sample, calculate the mass fraction of impurity compounds according to the formula 1:
где
Ji - величина выходного сигнала измерительной системы масс-спектрометра (интенсивность), пропорциональная доле i-й примеси в пробе;J i is the value of the output signal of the measuring system of the mass spectrometer (intensity), proportional to the proportion of the i-th impurity in the sample;
j330, j 333 - величина выходного сигнала соответственно
fi - коэффициент фторирования i-й примеси;f i is the fluorination coefficient of the i-th impurity;
ki - коэффициент относительной чувствительности i-й примеси при форсированном напуске;k i - coefficient of relative sensitivity of the i-th impurity during forced inlet;
mi - коэффициент пересчета в массовые доли i-й примеси,m i - conversion factor into mass fractions of the i-th impurity,
где Аi - атомная масса i-й примеси;where And i is the atomic mass of the i-th impurity;
АU - атомная масса урана.And U is the atomic mass of uranium.
Пример. Проводилось определение массовой доли вольфрама, молибдена, хрома и ванадия в стандартных образцах состава закиси-окиси урана. Результаты определений, рассчитанные по формуле (1), приведены в таблице.Example. The mass fraction of tungsten, molybdenum, chromium and vanadium was determined in standard samples of the composition of uranium oxide-uranium. The determination results calculated by the formula (1) are shown in the table.
Анализ приведенных данных показывает, что использование заявляемого способа и устройства для его осуществления позволяет проводить определение содержания примесей в твердых соединениях урана с помощью газового масс-спектрометра с относительной погрешностью не более 15-20%. При этом метод является более простым в сравнении с имеющимися аналогами, и требует на проведение анализа одной пробы не более 30-40 мин.Analysis of the data shows that the use of the proposed method and device for its implementation allows the determination of the content of impurities in solid uranium compounds using a gas mass spectrometer with a relative error of not more than 15-20%. Moreover, the method is simpler in comparison with the existing analogues, and requires no more than 30-40 minutes to analyze one sample.
Источники информацииSources of information
1. Spectrographic determination of metallic impurities in uranium, Annual book of ASTM standards, v.12.01, С 761, sections 76-90, 104-125, pages 142-154, 2001.1. Spectrographic determination of metallic impurities in uranium, Annual book of ASTM standards, v.12.01, С 761, sections 76-90, 104-125, pages 142-154, 2001.
2. Уран. Химико-спектральная методика измерения содержания примесей, ОСТ 95 10117, Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов (ВНИИНМ) им. академика А.А.Бочвара, Москва, 2001 г.2. Uranium. Chemical spectral method for measuring the content of impurities, OST 95 10117, All-Russian Research Institute of Inorganic Materials (VNIINM) named after Academician A.A. Bochvar, Moscow, 2001
3. Roy W. Morrow, Jeffrey S. Crain, "Applications of Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry to Radionuclide Determinations", ASTM, 1998.3. Roy W. Morrow, Jeffrey S. Crain, "Applications of Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry to Radionuclide Determinations", ASTM, 1998.
4. Standard test method for determination of impurities in uranium dioxide by inductively coupled plasma mass-spectrometry. Annual book of ASTM standards, v.12.01, С 1287-95, pages 735-743, 2001.4. Standard test method for determination of impurities in uranium dioxide by inductively coupled plasma mass spectrometry. Annual book of ASTM standards, v. 12.01, C 1287-95, pages 735-743, 2001.
5. Н. Исикава, Е. Кобаяси. Фтор, Химия и применение, М.: Мир, 1982 г.5. N. Ishikawa, E. Kobayashi. Fluorine, Chemistry and Application, Moscow: Mir, 1982
6. Пятый Всесоюзный симпозиум по химии неорганических фторидов. Сборник докладов. М.: Наука, 1978 г.6. Fifth All-Union Symposium on the Chemistry of Inorganic Fluorides. Collection of reports. M .: Nauka, 1978
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002125804/15A RU2230704C2 (en) | 2002-09-27 | 2002-09-27 | Method of determining impurities in solid uranium compounds and device for implementation thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002125804/15A RU2230704C2 (en) | 2002-09-27 | 2002-09-27 | Method of determining impurities in solid uranium compounds and device for implementation thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002125804A RU2002125804A (en) | 2004-03-27 |
| RU2230704C2 true RU2230704C2 (en) | 2004-06-20 |
Family
ID=32846156
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002125804/15A RU2230704C2 (en) | 2002-09-27 | 2002-09-27 | Method of determining impurities in solid uranium compounds and device for implementation thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2230704C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2292036C2 (en) * | 2004-11-17 | 2007-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ | Method of preparing samples to determine boron in uranium hexafluoride by atomic-emission spectroscopy technique |
| RU2478201C1 (en) * | 2011-08-10 | 2013-03-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"-Госкорпорация "Росатом" | Method of calibrating mass-spectrometer for quantitative analysis of gas mixtures |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4704261A (en) * | 1955-01-17 | 1987-11-03 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Method for fluorination of uranium oxide |
| US5492462A (en) * | 1993-08-23 | 1996-02-20 | Uralsky Elektromekhanichesky Kombinat | Method for the production of low enriched uranium hexafluoride from highly-enriched metallic uranium |
| RU2112744C1 (en) * | 1996-09-17 | 1998-06-10 | Сибирский химический комбинат | Method of processing high-concentration uranium |
-
2002
- 2002-09-27 RU RU2002125804/15A patent/RU2230704C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4704261A (en) * | 1955-01-17 | 1987-11-03 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Method for fluorination of uranium oxide |
| US5492462A (en) * | 1993-08-23 | 1996-02-20 | Uralsky Elektromekhanichesky Kombinat | Method for the production of low enriched uranium hexafluoride from highly-enriched metallic uranium |
| RU2112744C1 (en) * | 1996-09-17 | 1998-06-10 | Сибирский химический комбинат | Method of processing high-concentration uranium |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| MICHAEL S. KAHR et al. Analysis of solid uranium samples using a small spectrometer. SPECTROCHIMICA ACTA PART B: ATOMIC SPECTROSCOPY, 2001, v.56, №7, p.1127-1132. * |
| ЕР 0333084 А3, В1, 20.09.1989. * |
| РЯБЧИКОВ Д.И. Аналитическая химия элементов. Уран. - М.: Академия наук СССР, 1962, с.358-364. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2292036C2 (en) * | 2004-11-17 | 2007-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ | Method of preparing samples to determine boron in uranium hexafluoride by atomic-emission spectroscopy technique |
| RU2478201C1 (en) * | 2011-08-10 | 2013-03-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"-Госкорпорация "Росатом" | Method of calibrating mass-spectrometer for quantitative analysis of gas mixtures |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2002125804A (en) | 2004-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Junninen et al. | A high-resolution mass spectrometer to measure atmospheric ion composition | |
| áSabine Becker et al. | Determination of long-lived radionuclides by inductively coupled plasma quadrupole mass spectrometry using different nebulizers | |
| Heumann et al. | Recent developments in thermal ionization mass spectrometric techniques for isotope analysis. A review | |
| CN112816436B (en) | Spectrum-mass spectrum combined device and detection method | |
| Russ et al. | Osmium isotopic ratio measurements by inductively coupled plasma source mass spectrometry | |
| US6686999B2 (en) | Method of using an aerosol to calibrate spectrometers | |
| Lichte et al. | Emission spectrometric determination of arsenic | |
| US4239967A (en) | Trace water measurement | |
| Allan et al. | Resonances in collisions of low-energy electrons with ozone: experimental elastic and vibrationally inelastic differential cross sections and dissociative attachment spectra | |
| Goodwin et al. | Investigation of potential polyatomic interferences on uranium isotope ratio measurements for the LS-APGD-Orbitrap MS system | |
| Goodwin et al. | Improved uranium isotopic ratio determinations for the liquid sampling-atmospheric pressure glow discharge orbitrap mass spectrometer by use of moving average processing | |
| RU2230704C2 (en) | Method of determining impurities in solid uranium compounds and device for implementation thereof | |
| Dafydd | Adaptation of a glow discharge mass spectrometer in a glove-box for the analysis of nuclear materials | |
| RU2277238C2 (en) | Method of measurement of concentration of impurities in nitrogen, hydrogen and oxygen by means of ion mobility spectrometry | |
| CN114551213A (en) | Device and method for isotope analysis of uranium hexafluoride gas sample and impurity content measurement of uranium hexafluoride gas sample | |
| Chassery et al. | 87Sr/86Sr measurements on marine sediments by inductively coupled plasma-mass spectrometry | |
| Becker et al. | Oxide ion formation of long-lived radionuclides in double-focusing sector field inductively coupled plasma mass spectrometry and their analytical applications | |
| Beaumont et al. | Determination of the CO contribution to the 15N/14N ratio measured by mass spectrometry | |
| Pin et al. | Isotope dilution inductively coupled plasma mass spectrometry: a straightforward method for rapid and accurate determination of uranium and thorium in silicate rocks | |
| US6956206B2 (en) | Negative ion atmospheric pressure ionization and selected ion mass spectrometry using a 63NI electron source | |
| Wang et al. | Rapid determination of Hg isotopes in low concentration water samples by flow injection-plasma electrochemical vapor generation | |
| Christ et al. | Quantitative mass spectrometer analysis of very low impurity concentrations in gases | |
| Huang et al. | Real-time detection of gaseous isotopic water molecules via photoinduced associative ionization mass spectrometry: Direct identification realized by distinctive mass spectrum patterns | |
| Marabini et al. | Determination of rare-earth elements in minerals and ores by inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS) | |
| Jin et al. | Simple, sensitive nitrogen analyzer based on pulsed miniplasma source emission spectrometry |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150928 |