Uranium Isotopic Analysis for the Nuclear Industry Using the Thermo Scientific NEPTUNE Plus MC-ICP-MS

Význam tématu

Analýza izotopů uranu je klíčová pro kontrolu kvality a bezpečnost v jaderném průmyslu. Přesné stanovení poměru 235U/238U umožňuje sledovat obohacení paliva a splňuje regulační normy.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo ověřit výkonnost přístroje Thermo Scientific NEPTUNE Plus MC-ICP-MS při měření izotopických poměrů nízko obohaceného, přírodního a vyřazeného uranu dle standardu ASTM C1477–08. Studie zahrnuje opakovatelnost měření a stabilitu přístroje.

Použitá metodika a instrumentace

• Příprava vzorků: Nasycení na 100 ng U/g v matrici 2 % HNO3.
• Instrumentace:
  • NEPTUNE Plus MC-ICP-MS s centrálním SEM (CDD dynoda) pro 234U, RPQ čočka pro zvýšení citlivosti, Faradayovy kelímky pro 235U a 238U.
  • Cetac ASX-112 FR autosampler, PFA komora, standardní kužely.
• Měřící protokol: Třídenní sekvence po 30 měřeních tří certifikovaných standardních vzorků (NBS U-045, U-030, U-010), měření standardu IRMM-187 na začátku každé sekvence.
• Automatizované korekce: blank, hydrid, masový bias, kalibrace proti CRM.

Hlavní výsledky a diskuse

• Relativní směrná odchylka (RSD) pro 235U lepší než 0,1 %; pro minoritní izotopy 234U a 236U lepší než 1 %.
• Stabilita přístroje pro 8 h měření s minimální variabilitou mass biasu a iontového výtěžku.
• Naměřené hodnoty se blíží referenčním datům Richter & Goldberg (2003) více než vůči nominálním hodnotám CRM.

Přínosy a praktické využití metody

• Široké uplatnění v zařízeních pro obohacování uranu, QA/QC laboratořích a výzkumu.
• Vysoká produktivita: až 30 vzorků a QC za 8 h s plnou automatizací.
• Možnost měření širokého spektra prvků napříč periodickou tabulkou s vysokou přesností.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Volitelné rozhraní Jet Interface pro ultra-senzitivní měření.
• Rozšířené konfigurace detektorů (1010, 1011, 1012 Ω), duální RPQ, adaptace pro glovebox.
• Integrace online měření UF6 pomocí URANUS a rozšíření metodiky na další izotopické studie.
• Zavádění multimodalních přístupů kombinujících MC-ICP-MS, TIMS a plynovou fázi.

Závěr

Přístroj NEPTUNE Plus MC-ICP-MS prokázal schopnost spolehlivě a přesně měřit izotopické poměry uranu podle standardu ASTM C1477–08. Díky stabilnímu chování a široké škále volitelných konfigurací je ideální volbou pro náročné aplikace v jaderném průmyslu.

Reference

• Richter, S.; Goldberg, S.A. Int. J. Mass Spectrom. 2003, 229, 181–197.
• Application Note 30187. Thermo Fisher Scientific, Bremen, Germany.
• Application Note 30136. Thermo Fisher Scientific, Bremen, Germany.
• Application Note 30192. Thermo Fisher Scientific, Bremen, Germany.
• ASTM C1477–08 Standard Test Method for Isotopic Abundance Analysis of Uranium Hexafluoride and Uranyl Nitrate Solutions by MC-ICP-MS. ASTM International, 2009.