洪永俠

（中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院，四川 成都 610005）

0 引言

為了解決國(guó)內(nèi)氣載氚監(jiān)測(cè)儀的量值溯源問(wèn)題，研制了氚氣流發(fā)生器裝置，可產(chǎn)生活度濃度恒定的氚氣流，同位素分餾系數(shù)是計(jì)算氚氣流活度濃度的重要參數(shù)之一，目前，對(duì)于氚氣流發(fā)生器系統(tǒng)氚同位素分餾系數(shù)國(guó)內(nèi)還未有文獻(xiàn)報(bào)道，國(guó)外雖有文獻(xiàn)報(bào)道，但各個(gè)報(bào)道結(jié)果差異較大，因此必須對(duì)不同鼓泡條件下的同位素分餾系數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定。

用鼓泡法原理研制的氚化水蒸氣發(fā)生器系統(tǒng)，其同位素分餾系數(shù)的大小可能與鼓泡時(shí)的溫度以及鼓泡時(shí)系統(tǒng)內(nèi)氣體的流速有關(guān)。為此，分別測(cè)定了不同條件下系統(tǒng)的同位素分餾系數(shù)。

1 原理及方法

第二項(xiàng)即為同位素分餾效應(yīng)引起的修正項(xiàng)。若F=1，修正項(xiàng)為0。在V0水較大，而V氣不大的時(shí)候，通?？梢院雎远雾?xiàng)的影響,（2）式簡(jiǎn)化為：

采用冷凍法測(cè)定分餾系數(shù)時(shí)，則：

2 實(shí)驗(yàn)裝置

該系統(tǒng)包括空氣過(guò)濾器、空氣干燥器、質(zhì)量流量控制器、溫度和壓力傳感器、恒溫器和鼓泡器、回收器和冷凝器、真空泵等。實(shí)驗(yàn)時(shí)將已知濃度的氚水注入鼓泡器內(nèi)，將鼓泡器連接在系統(tǒng)上并放入恒溫器內(nèi)，同時(shí)將玻璃回收器連接到系統(tǒng)并放入液氮冷凝器中，進(jìn)行氚化水蒸氣的回收。

3 同位素分餾系數(shù)實(shí)驗(yàn)研究

3.1 條件實(shí)驗(yàn)

3.1.1 回收效率

回收效率表征系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生氚化水蒸氣的回收能力，是測(cè)定系統(tǒng)同位素分餾系數(shù)前必須測(cè)定的一個(gè)重要參數(shù)?；厥掌骰厥盏剿馁|(zhì)量M1通過(guò)稱量鼓泡前后回收器的質(zhì)量得到，鼓泡器鼓泡時(shí)失去水的質(zhì)量M2可以通過(guò)稱量鼓泡器鼓泡前后的質(zhì)量得到，M1與M2之比即為系統(tǒng)的回收效率。系統(tǒng)回收效率結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1 看出，系統(tǒng)的回收效率可達(dá)99.9%，滿足對(duì)氚水的回收要求。

3.1.2 飽和系數(shù)

飽和系數(shù)主要由鼓泡器的結(jié)構(gòu)決定，它反映了鼓泡器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)氚化水蒸汽的飽和程度，如果氚化水不飽和，則造成分餾系數(shù)不穩(wěn)定。飽和系數(shù)為鼓泡時(shí)鼓泡器失去水的質(zhì)量與鼓泡器內(nèi)鼓入空氣應(yīng)帶走的水的質(zhì)量（按相對(duì)濕度為100%計(jì)算）的比值。鼓泡器鼓泡時(shí)失去水的質(zhì)量W1可以通過(guò)稱量鼓泡器鼓泡前后的質(zhì)量得到，鼓泡器內(nèi)鼓入空氣應(yīng)帶走的水的質(zhì)量W2可由鼓入鼓泡器內(nèi)的空氣體積經(jīng)計(jì)算得到，由W1與W2之比就可得到飽和系數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 回收效率的測(cè)定結(jié)果

表2 氚氣流發(fā)生器飽和系數(shù)測(cè)量結(jié)果

從表2 看出，對(duì)于實(shí)驗(yàn)用的鼓泡器，在抽氣流速小于1.0L·min-1時(shí)其飽和系數(shù)接近于1，即該條件下可產(chǎn)生飽和氚化水蒸氣。

3.2 同位素分餾系數(shù)

3.2.1 分餾系數(shù)與鼓泡溫度的關(guān)系

選擇活度濃度為1×103Bq·g-1的氚水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在流速為0.5L·min-1時(shí)分別測(cè)定了鼓泡溫度為5℃、10℃、15℃時(shí)系統(tǒng)的同位素分餾系數(shù)分別為0.848，0.852 和0.855?？梢钥闯?，分餾系數(shù)隨著鼓泡溫度的升高而略微增加，說(shuō)明鼓泡溫度越高，同位素分餾系數(shù)越大。

3.2.2 分餾系數(shù)與系統(tǒng)氣體流速的關(guān)系

當(dāng)溫度為10℃且鼓泡用氚水的活度濃度一定時(shí)，改變鼓泡時(shí)氣體的流速，得到系統(tǒng)的同位素分餾系數(shù)均為0.850，同位素分餾系數(shù)隨著鼓泡時(shí)流速的變化并未呈現(xiàn)出任何規(guī)律，所以認(rèn)為一定范圍內(nèi)（氚氣流飽和條件下），流速對(duì)分餾系數(shù)影響可以忽略。

4 不確定度評(píng)定

本次工作測(cè)得氚氣流發(fā)生器系統(tǒng)同位素分餾系數(shù)結(jié)果的不確定度來(lái)源及評(píng)定見(jiàn)表3。

表3 同位素分餾系數(shù)不確定度評(píng)定

從表3 中可以看出，氚同位素分餾系數(shù)的合成不確定度為1.6%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定可靠，可用于氚氣流活度濃度的計(jì)算。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)可能影響氚氣流發(fā)生器系統(tǒng)同位素分餾系數(shù)的因素進(jìn)行了研究，采用冷凍法實(shí)驗(yàn)測(cè)定條件下系統(tǒng)的同位素分餾系數(shù)，并對(duì)其結(jié)果的不確定度做出了評(píng)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定可靠，在國(guó)內(nèi)屬于首次。該結(jié)果可直接用來(lái)計(jì)算氚氣流發(fā)生器系統(tǒng)產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)氚化水蒸汽的活度濃度，對(duì)于實(shí)現(xiàn)氚氣監(jiān)測(cè)儀的校準(zhǔn)具有重要意義。

［1］周律,編.環(huán)境工程學(xué)[M].中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社.

［2］趙亞民.氚化水蒸氣的鼓泡法制備和鼓泡法取樣的研究[J].輻射防護(hù),1980(6).

［3］R.V.Osborne,AECL-5378[Z].