Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9105:2011 (ISO 12795:2004) về Công nghệ nhiên liệu hạt nhân- Urani điôxit bột và viên- Xác định urani và tỷ lệ oxy/urani bằng phương pháp khối lượng có hiệu chính về tạp chất

TIÊU CHUẤN QUỐC GIA

TCVN 9105:2011

ISO 12795:2004

CÔNG NGHỆ NHIÊN LIỆU HẠT NHÂN - URANI ĐIÔXIT BỘT VÀ VIÊN - XÁC ĐỊNH URANI VÀ TỶ LỆ OXY/URANI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHỐI LƯỢNG CÓ HIỆU CHÍNH VỀ TẠP CHẤT

Nuclear fuel technology — Uranium dioxide powder and pellets — Determination of uranium and oxygen/uranium ratio by gravimetric method with impurity correction

Lời nói đầu

TCVN 9105:2011 hoàn toàn tương đương với ISO 12795:2004;

TCVN 9105:2011 do Ban kỹ thuật Tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 85 Năng lượng hạt nhân biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

 

CÔNG NGHỆ NHIÊN LIỆU HẠT NHÂN - URANI ĐIÔXIT BỘT VÀ VIÊN - XÁC ĐỊNH URANI VÀ TỶ LỆ OXY/URANI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHỐI LƯỢNG CÓ HIỆU CHÍNH VỀ TẠP CHẤT

Nuclear fuel technology — Uranium dioxide powder and pellets — Determination of uranium and oxygen/uranium ratio by gravimetric method with impurity correction

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định phần khối lượng của urani và tỉ lệ nguyên tử oxy-trên - urani có trong siêu tỉ lượng của urani điôxít (UO_2+X) bột và viên.

Tiêu chuẩn này được sử dụng để xác định phần khối lượng U và tỉ lệ O/U ở cấp/mức độ hạt nhân/ nguyên tử của urani điôxít. Độ chính xác và độ chụm của phương pháp cho trong 8.2 là đúng, nếu tổng lượng các tạp chất trong mẫu không vượt quá các giá trị đưa ra trong 8.2.

Khi xác định phần khối lượng U và tỉ lệ O/U phải thực hiện việc hiệu chính về tạp chất, nếu tổng lượng tạp chất dạng ôxít vượt quá 1 500 mg trên mỗi gam mẫu. Có thể bỏ qua ảnh hưởng của tạp chất khi tỉ lệ O/U nhỏ hơn 0,0005. Các tạp chất không bay hơi phải được xác định bằng kỹ thuật phù hợp, và khi đó việc hiệu chính phải được áp dụng. Nếu tổng hàm lượng của các tạp chất không bay hơi ở dạng ô xít lớn hơn 1 500 mg trên một gam mẫu, độ chụm toàn phần của phương pháp này phụ thuộc vào độ chính xác của các phép đo tạp chất đó.

Nếu không hiệu chính tạp chất và nếu bỏ độ làm giàu của mẫu như mô tả trong 8.1.1. Các số liệu về độ chụm và độ chính xác sẽ kém hơn so với trong 8.2.

2. Nguyên tắc

Đối với tỉ lượng của urani điôxít, tỷ lệ oxy - trên - urani được tính bằng bằng tỷ lệ nguyên tử (O/U) và do đó bằng 2000.

Trong phương pháp này, cân một mẫu urani điôxit dạng bột hoặc dạng viên bị oxy hóa bằng cách nung nóng trong không khí với điều kiện kiểm soát nhiệt độ chặt chẽ. Sản phẩm cuối cùng được làm lạnh xuống nhiệt độ phòng và được cân lại.

Theo các điều kiện được mô tả, tỉ lượng của một mẫu U₃O₈ được tạo ra. Điều này phải được xác nhận bằng thực nghiệm thông qua độ chụm của phương pháp hóa học xác định urani trên sản phẩm cuối cùng của quá trình thiêu kết (Tài liệu tham khảo [1], [2], [3]) hoặc sử dụng một chất chuẩn phù hợp. Việc kiểm định áp dụng đối với các chất được phân tích.

Điều này không có nghĩa là U₃O₈ phải được phân tích hóa học mỗi khi xác định tỷ lệ-U/O. Nếu nhiệt độ trong lò nung được kiểm tra một cách thường xuyên, việc kiểm định chỉ được yêu cầu khi có sự thay đổi về dạng của chất trong mẫu được phân tích.

3. Phản ứng

3 UO_2+x + (1 – 1,5 X)O₂ ® U₃O₈

4. Thuốc thử

4.1. Dung dịch axit nitric loãng (HNO₃), bằng cách trộn dung dịch axit nitric đậm đặc [C (HNO₃) = 14 mol /I, r (HNO₃) = 1,40 g / ml và nước đã được khử ion theo tỉ lệ 1:1 về thể tích (xem TCVN 4851 (ISO 3696)).

5. Thiết bị, dụng cụ

5.1. Lò nung 1, kiểm soát được nhiệt độ lên đến 550 °C.

5.2. Lò nung 2, kiểm soát được nhiệt độ lên đến 950 °C.

5.3. Chén nung bằng platin, có thể tích từ 10 cm³ đến 20 cm³.

5.4. Máy hút ẩm, hút ẩm.

5.5. Cân phân tích, có khả năng cân chính xác đến 0,1 mg hoặc tốt hơn.

6. Lấy mẫu và mẫu

Mẫu đại diện trong phòng thí nghiệm phải được lấy từ lô mẫu cần phân tích. Nếu cần thiết, phải có biện pháp phòng ngừa để ngăn chặn quá trình oxy hóa mẫu ngay trong quá trình lấy mẫu. Những biện pháp phòng ngừa có thể là quá trình làm sạch ôxy bằng cách thổi khí nitơ trong khi lấy mẫu, lưu trữ các mẫu trong môi trường khí nitơ bằng một chai đựng mẫu kín, v.v... Các biện pháp phòng ngừa phải được thiết lập trong các phòng thí nghiệm phân tích. Các biện pháp phòng ngừa chủ yếu phụ thuộc vào phản ứng của urani điôxít trong không khí và độ chính xác cần thiết trong việc xác định U và O/U

7. Quy trình

7.1. Hiệu chuẩn

7.1.1. Chương trình nhiệt độ

Chương trình nhiệt độ của lò nung phải được kiểm tra định kỳ bằng cách sử dụng cặp nhiệt điện

7.1.2. Mẫu chuẩn

Việc thực hiện tiêu chuẩn này phải được kiểm định bằng            mẫu chuẩn đã biết phần khối lượng U (ví dụ như tiêu chuẩn CBNM EC số 110).

7.2. Xác định

7.2.1. Làm sạch chén nung

Thiêu kết chén nung trống trong không khí của lò nung (5.2) tại nhiệt độ khoảng 900 ° C.

7.2.2. Làm nguội chén nung

Lấy chén nung ra khỏi lò nung và đặt nó trong bình hút ẩm. Thời gian làm nguội không quá 45 min. Các chén nung nóng phải được thao tác bằng kẹp.

7.2.3. Cân chén nung

Cân chén nung trống với cân chính xác đến 0.5 mg hoặc tốt hơn.

7.2.4. Khối lượng mẫu

Thêm ít nhất 8 g mẫu dạng bột hoặc ít nhất là 5 g dạng viên mẫu và cân  chính xác đến 0,5 mg hoặc tốt hơn. Ghi lại khối lượng tinh m₁.

7.2.5. Thiêu kết trước (sơ bộ)

Đối với dạng viên, thiêu kết chén nung kim loại cộng với mẫu trong không khí trong lò nung (5.1) ở 500 °C ± 50 °C ít nhất là 2 h (đối với các mẫu bột bỏ qua bước này, quá trình thiêu kết trước là không cần thiết).

7.2.6. Thiêu kết

Thiêu kết chén nung kim loại cộng với mẫu trong không khí trong lò nung (5.2) ở 900 °C ± 50 °C trong 3 h.

7.2.7. Làm nguội mẫu

Lấy chén nung ra khỏi lò nung và đặt nó trong bình hút ẩm. Thời gian làm nguội không được vượt quá 20 min.

7.2.8. Khối lượng cuối cùng

Cân chén nung bằng cân chính xác đến 0,5 mg hoặc tốt hơn. Lặp lại 7.2.6 và 7.2.7, liên tục cho đến khi có được khối lượng mẫu và chén nung là không đổi và nằm trong độ chụm của phép đo. Ghi lại khối lượng tinh m₂.

7.2.9. Thải bỏ

Thải bỏ U₃O₈ trong một vật chứa thích hợp.

7.2.10. Làm sạch

Làm sạch chén nung bằng cách nung nóng trong axit nitric loãng (4.1) đến nhiệt độ gần sôi, cho đến khi lượng dư U₃O₈ đã bị hòa tan hoàn toàn. Rửa kỹ bằng nước khử ion.

8. Trình bày biểu thị kết quả

8.1. Phương pháp tính và công thức tính

Tính phần khối lượng urani và tỉ lệ O/ U có sự hiệu chính tạp chất.

8.1.1. Phần khối lượng của urani

Trong đó

W_u là phần khối lượng của urani, tính theo phần trăm;

m₁ là khối lượng mẫu ban đầu, tính bằng gam;

m₂ là khối lượng mẫu, tính bằng gam, sau khi quá trình oxy hóa;

W₁ là phần khối lượng của tất cả các tạp chất không bay hơi có trong dạng oxit U₃O₈;

F_s hệ số tỉ lượng đùng để chuyển đổi khối lượng tính theo gam của U₃O₈ sang khối lượng tính theo gam của U. F_s phải được tính cho mỗi độ làm giàu được mô tả trong 8.1.1.1 và được kiểm định thông qua độ chụm của phương pháp xác định U. Đối với urani tự nhiên, F_s là 0,848 0;

C là hiệu chính cho phần khối lượng của các nguyên tố tạp chất không bay hơi, mà không được phân tích, tính bằng phần trăm. Giá trị phần khối lượng điển hình của C là 0,003% của hàm lượng urani. Con số này đã được thiết lập cho mỗi kiểu quá trình chế tạo UO₂ bột và viên.

8.1.1.1. Tính toán các hệ số tỉ lượng, F_s

trong đó

A_U là khối lượng nguyên tử tương đối của urani;

A_O là khối lượng nguyên tử tương đối của oxy = 15,999 4.

A_U được tính theo công thức.

A_U =

trong đó

W_U-N là phần khối lượng tính bằng phần trăm, của các đồng vị N;

 A_U-N là khối lượng nguyên tử tương đối của các đồng vị N;

N = các đồng vị của urani (234, 235, 236, 238).

Đồng vị N	Khối lượng nguyên tử tương đối AU-N
234	234,040 9
235	235,043 9
236	236,045 6
238	238,050 8

Các đồng vị của urani khác với ²³⁵U và ²³⁸U được bỏ qua do nhiên liệu urani không tái chế, bởi vì chúng đóng góp không đáng kể vào khối lượng nguyên tử tương đối của U.

8.1.1.2. Tính phần khối lượng tạp chất

trong đố

w_l phần khối lượng tạp chất, tính bằng phần trăm;

c_i nồng độ của nguyên tố i, tính bằng micro gam trên một gam U₃O₈,

g_i hệ số chuyển đổi khối lượng trong Bảng 1.

8.1.2. Tỷ lệ O/U

O/U =

Trong đó

w_U được xác định trong 8.1.1;

A_U và A_O được xác định trong 8.1.1.1;

w_V là phần khối lượng của hợp chất dễ bay hơi, tính bằng phần trăm;

w là phần khối lượng của độ ẩm trong mẫu ban đầu, tính bằng phần trăm;

w_M là phần khối lượng tổng của các tạp chất kim loại ở dạng oxit, tính theo phần trăm.

Bảng 1 - Hệ số chuyển đổi khối lượng đối với các tạp chất không bay hơi

	Dạng chất có thể có của tạp chất	Hệ số chuyển đổi gi
Ag	Ag	1,00
AI	AI2O3	1,89
Am	AmO2	1,13
B	B2O3	3,22
Ba	BaO	1,12
Be	BeO	2,78
Bi	Bi2O3	1,11
Ca	CaO	1,40
Cd	Cd	1,00
Co	CoO	1,27
Cr	Cr2O3	1,46
Cu	Cu	1,00
Fe	Fe3O4	1,38
K	K2O	1,21
Mg	MgO	1,66
Mn	Mn3O4	1,39
Na	Na2O	1,35
Ni	Ni2O3	1,40
P	P2O5	2,29
Pb	PbO	1,07
Nguyên tố đất hiếm	M2O3	1,16
Sb	Sb2O3	1,20
Si	SiO2	2,14
Sn	SnO	1,13
Ta	Ta2O5	1,22
Th	ThO2	1,14
Ti	TiO2	1,67
V	V2O5	1,78
W	WO3	1,26
Zn	ZnO	1,24
Zr	ZrO2	1,35

8.2. Độ chính xác và độ chụm

8.2.1. Urani

Đối với UO₂ dạng bột mức tạp chất tối đa lên đến 4000 mg trên một gam vật liệu được thiêu kết, đối với UO₂ dạng viên mức độ tạp chất tối đa lên đến 300 mg trên một gam vật liệu thiêu kết, độ chụm của phương pháp là ± 0,02 % tính bằng phần khối lượng tuyệt đối của U, độ chính xác là ± 0,03 % tính bằng phần khối lượng tuyệt đối của U, cả hai con số này là có giá trị ở cấp 2 sigma.

8.2.2. Tỷ lệ O/U

Đối với UO₂ dạng bột với tỷ lệ O / U từ 2,06 đến 2,15, độ chụm của phương pháp được cho là ± 0,005 U giá trị tuyệt đối ở cấp 2 sigma. Độ chính xác < ± 0,008 giá trị tuyệt đối ở cấp 2 sigma.

Đối với UO₂ dạng viên tổng số tạp chất không bay hơi £ 300 mg trên một gam của vật liệu được thiêu kết, độ chụm của phương pháp được cho là bằng ± 0,002 6 (tính theo giá trị tuyệt đối) và độ chính xác được xác định bằng ± 0,003 (tính theo giá trị tuyệt đối) ở cấp 2 sigma.

9. Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo thử nghiệm phải bao gồm các thông tin sau đây:

a) xác định các mẫu;

b) phương pháp được sử dụng tham chiếu theo tiêu chuẩn này;

c) trình bày và biểu thị kết quả;

d) mọi đặc điểm bất thường cũng phải được ghi nhận trong thời gian thử nghiệm;

e) mọi quá trình vận hành không được tính đến trong tiêu chuẩn này, hoặc được coi là tùy chọn.

 

THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] TCVN 4851 (ISO 3696) Nước dùng để phân tích trong phòng thí nghiệm. Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử

[2] VITA, O.A.. TRIVISONNO, C.F„ VVALKER, C.R. An Improved Titrimetric Method for the Precise Determination of Uranium, Goodyear Atomic Corp., Portsmouth. Ohio 1962 (GAT-471)

[3] PETIT, G.S. and KLEINBERGER, C.A. Preparation of Stoichiometric U₃O₈, USAEC Document K- 1424, AERDB, 1960

[4] ISO 9989, Determination of uranium in uranium dioxide powder and pellets — Iron (II) sulfate reduction/ potassium dichromate oxidation titrimetric method

---