重水中Hf，Gd和Cd检测方案(等离子体质谱)

智能文字提取功能测试中

APPLICATION NOTES ICP-oTOFMS 用OptiMass分析重水 介绍 CANDU反应堆是Atomic Energy Canada Limited公司设计的，该反应堆被用作其他轻度浓缩铀(2-5%U235)反应堆的替代装置。CANDU反应堆允许在没有能力铸造压力容器的国家采用更多的本地投入。CANDU燃料中包含含有天然U(0.7%U235)的氧化铀小球。结果， CANDU以更便宜的方式供给燃料，而且在理论上具有更高的终身容量因子。 就像我们在图1中看到的，CANDU的设计包括一个水平放置的加热器(容器)，里面有放置燃料棒的管子和冷却水(重水)。在这些管子周围是重水，重水充当减速剂的作用，以减缓中子的速度。重水由2个个(H的非放射性同位素)原子和1个氧原子构成。氛原子占自然界中发现的H的1.5%。氛作为减速剂的效率比H低，它允许使用天然的U做燃料，而不必使用富集的U。特殊的处理工厂，如靠近Tiverton，Ontario的Bruce工厂，用于从天然水中分离重水。氛的分离是一笔额外的投资成本，在工厂的运行期间内，该成本都由采用比较便宜的天然U做燃料节省下来的费用做补偿。 图1.CAUDU反应堆结构图 在加压水反应堆的情况下，反应堆冷却泵让重水循环通过反应堆然后送到蒸汽发生器， 以闭环的方式工作。 减速剂重水系统有一个隔离的带有循环系统的热交换器，用以对减速剂进行冷却。 AECL， CANDU反应堆的制造厂家，还为阿根廷、印度、韩国、巴基斯坦和罗马尼亚的政府和公共事业部门提供了这种反应堆。 对反应堆有害的杂质元素，可能会出现在重水中，这将导致由于在反应堆核心区对中子的吸收而引起的核裂变的降低。在CANDU反应堆中，有害元素主要是Xe和Sm，这些元素在反应堆中产生并达到一个均衡的量值。其它可能引起关注的有害元素，是在重水生产过程中产生的，包括Hf， Gd和Cd。 OptiMass能够同时被用于检测这些杂质元素和分析重水，特别是各种氢分子。 仪器条件 使用的仪器OptiMass， 能够同时采集从轻离子(如H²和H)到重离子(如U238)的全质量范围的质量数据。OptiMass对灵敏度和分辨率进行了优化。Smartgate离子白化器用于移除不想要的离子类别，比如Ar。对全质量范围，采用5s的积分数据采集时间。样品量大约为0.5mL。 实验结果 图2显示了天然水样质量数从2-7的质谱图(时间轴以ns显示)。溶液中含有Li，这可以从质谱图的右边看到。左边的两个峰是与氢分子对应的质量数2和3。 图2.1自然水的质谱图 图3显示了重水样品质量数从2-7的质谱图(时间轴以ns显示)。质量数2的信号增大了40倍。 图3..1重水的质谱图 图4显示了质量数从3-7的质谱图(时间轴以ns显示)。现在质谱图显示了已经产生的H和氘的其它分子。在质量数5出现的峰表明，在样品中含有气。把这张图和图5的正常水的质谱图做对比。 GBC www.gbcsci.com 图4.重水的质谱图(质量数3-7) 图5.正常水的质谱图(质量数3-7) 重水中轻质离子大量存在的同时，还有一些重水反应堆行业感兴趣的痕量水平的重金属离子。图6显示了质量从81-152的重金属质谱图，这里可以看到Sr、Cd和Ba的同位素。 图6.重水的质谱图(质量数81-152) 图7显示了Ba从质量132-140的质谱图。 图7.重水的质谱图(质量数132-140) GBC 图8显示了重水中质量56-73的质谱图，从图中可以看到Ni、Cu和Zn的同位素。这些元素在重水中的存在，对反应堆来说，这是个很大的顾虑，因为会发生穿过截面的热反应。 www.gbcsci.com 图8.重水的质谱图(质量数56-73) 结论 OptiMass能够对所有元素同时进行快速的数据采集，可以同时对、和出现在重水中的任何对反应堆有害的元素进行检测。每20s吸入一个样品，所有关心的质量都可以测量。这么快的分析速度，对CANDU反应堆是至关重要的，因为任何对反应堆有害的元素都可以被快速识别出来。一旦识别到，就要启动标准的技术来加以去除。 GBC Www.gbcsci.com 12 Monterey Road， Dandenong， Victoria， 3175， Australia Fax： 61 3 9213 3677 ( 北京市海淀区上地十街一号院辉煌国际4号楼2215室，1 0 0085 Tel：010-85868011 Fax： 010-85868009 ) GBC Scientific Equipment Application Notes-ICP-OTOFMS