ISO 15366-1-2014 Nuclear fuel technology - Chemical separation and purification of uranium and plutonium in nitric acid solutions for isotopic and isotopic dilu.pdf

1、 ISO 2014 Technologie du combustible nuclaire Sparation et purification chimiques de luranium et du plutonium dans les solutions dacide nitrique par extraction chromatographique par solvant pour les mesures isotopiques et les analyses par dilution isotopique Partie 1: chantillons ayant des teneurs e

2、n plutonium de lordre du microgramme et en uranium de lordre du milligramme Nuclear fuel technology Chemical separation and purification of uranium and plutonium in nitric acid solutions for isotopic and isotopic dilution analysis by solvent extraction chromatography Part 1: Samples containing pluto

3、nium in the microgram range and uranium in the milligram range NORME INTERNATIONALE ISO 15366-1 Premire dition 2014-07-01 Numro de rfrence ISO 15366-1:2014(F) ISO 15366-1:2014(F)ii ISO 2014 Tous droits rservs DOCUMENT PROTG PAR COPYRIGHT ISO 2014 Droits de reproduction rservs. Sauf indication contra

4、ire, aucune partie de cette publication ne peut tre reproduite ni utilise sous quelque forme que ce soit et par aucun procd, lectronique ou mcanique, y compris la photocopie, laffichage sur linternet ou sur un Intranet, sans autorisation crite pralable. Les demandes dautorisation peuvent tre adresse

5、s lISO ladresse ci-aprs ou au comit membre de lISO dans le pays du demandeur. ISO copyright office Case postale 56 CH-1211 Geneva 20 Tel. + 41 22 749 01 11 Fax + 41 22 749 09 47 E-mail copyrightiso.org Web www.iso.org Publi en Suisse ISO 15366-1:2014(F)Sommaire Page Avant-propos iv 1 Domaine dapplic

6、ation . 1 2 Principe de la mthode 1 3 Appareillage 2 4 Ractifs . 2 5 Mode opratoire (voir Figure 1). 3 6 Caractristiques de la sparation . 6 7 Contrle qualit . 6 8 Interfrences 6 Annexe A (normative) Remplissage et conditionnement des colonnes de chromatographie utilises dans le mode opratoire de lI

7、SO 15366-1, avec un support de silice inerte enrob doxyde de tri-n-octylphosphine (TOPO) . 8 Bibliographie .12 ISO 2014 Tous droits rservs iii ISO 15366-1:2014(F) Avant-propos LISO (Organisation internationale de normalisation) est une fdration mondiale dorganismes nationaux de normalisation (comits

8、 membres de lISO). Llaboration des Normes internationales est en gnral confie aux comits techniques de lISO. Chaque comit membre intress par une tude a le droit de faire partie du comit technique cr cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison av

9、ec lISO participent galement aux travaux. L ISO collabore troitement avec la Commission lectrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne la normalisation lectrotechnique. Les procdures utilises pour laborer le prsent document et celles destines sa mise jour sont dcrites dans les Directives IS

10、O/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des diffrents critres dapprobation requis pour les diffrents types de documents ISO. Le prsent document a t rdig conformment aux rgles de rdaction donnes dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www. iso.org/directives). Lattention est

11、appele sur le fait que certains des lments du prsent document peuvent faire lobjet de droits de proprit intellectuelle ou de droits analogues. LISO ne saurait tre tenue pour responsable de ne pas avoir identifi de tels droits de proprit et averti de leur existence. Les dtails concernant les rfrences

12、 aux droits de proprit intellectuelle ou autres droits analogues identifis lors de llaboration du document sont indiqus dans lIntroduction et/ou dans la liste des dclarations de brevets reues par lISO (voir www.iso.org/brevets). Les appellations commerciales ventuellement mentionnes dans le prsent d

13、ocument sont donnes pour information, par souci de commodit, lintention des utilisateurs et ne sauraient constituer un engagement. Pour une explication de la signification des termes et expressions spcifiques de lISO lis lvaluation de la conformit, ou pour toute information au sujet de ladhsion de l

14、ISO aux principes de lOMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos Informations supplmentaires. Le comit charg de llaboration du prsent document est lISO/TC 85, nergie nuclaire, technologies nuclaires, et radioprotection, sous-comit SC 5, Cycle du com

15、bustible nuclaire. Cette premire dition, conjointement avec la premire dition de lISO 15366-2, annule et remplace la premire dition de lISO 15366:1999, qui a fait lobjet dune rvision technique. LISO 15366 comprend les parties suivantes, prsentes sous le titre gnral Sparation et purification chimique

16、s de luranium et du plutonium dans les solutions dacide nitrique par extraction chromatographique par solvant pour les mesures isotopiques et les analyses par dilution isotopique: Partie 1: chantillons ayant des teneurs en plutonium de lordre du microgramme et en uranium de lordre du milligramme Par

17、tie 2: chantillons ayant des teneurs en plutonium et en uranium de lordre du nanogramme et infrieuresiv ISO 2014 Tous droits rservs Technologie du combustible nuclaire Sparation et purification chimiques de luranium et du plutonium dans les solutions dacide nitrique par extraction chromatographique

18、par solvant pour les mesures isotopiques et les analyses par dilution isotopique Partie 1: chantillons ayant des teneurs en plutonium de lordre du microgramme et en uranium de lordre du milligramme 1 Domaine dapplication La prsente partie de lISO 15366 spcifie des modes opratoires pour sparer et pur

19、ifier chimiquement luranium et le plutonium contenus dans les solutions de dissolution de combustibles irradis dans les racteurs eau lgre ainsi que dans des chantillons deffluents liquides hautement radioactifs provenant dusines de retraitement des combustibles irradis, en vue de leur analyse isotop

20、ique par la mthode de spectromtrie de masse (voir ISO 8299 1 ) ou par la mthode de spectromtrie alpha (voir ISO 11483 2 ). La prsente partie de lISO 15366 dcrit une technique de sparation de luranium et du plutonium dans des chantillons de type combustibles irradis reposant sur une mthode chromatogr

21、aphique. Le mode opratoire sapplique des chantillons contenant de 1 g 150 g de Pu(IV) et (VI) et de 0,1 mg 2 mg dU(IV) et (VI) dans 2 ml maximum de solution dacide nitrique 3 moll 1 . Il est applicable aux mlanges duranium et de plutonium dont le rapport U/Pu peut aller de 0 200. 2 Principe de la mt

22、hode La sparation chimique repose sur une extraction sur colonne de chromatographie laide doxyde de tri-n-octylphosphine (TOPO) utilis en tant que solvant dextraction 34 . Lajustement ncessaire de la valence avant la sparation est ralis au moyen de sulfate de fer(II) et de nitrite de sodium. Le proc

23、essus dextraction est ralis dans des colonnes jetables charges dune poudre de gel de silice enrobe de TOPO 5 . Dans le milieu acide nitrique 3 moll 1 , le plutonium(IV) et luranium(VI) sont extraits de manire slective par le TOPO alors que lamricium, les produits de fission et dautres lments interfr

24、ents ne sont pas retenus. Le plutonium est lu aprs rduction la valence III par de lacide ascorbique 6 , et luranium avec une solution de carbamate dammonium. Outre les mesures par spectromtrie de masse, les fractions de plutonium sont mesures par spectromtrie alpha pour la dtermination de labondance

25、 isotopique de Pu 238(la spectromtrie de masse pouvant tre biaise par des quantits rsiduelles duranium dans la fraction de plutonium) et pour la vrification de la rcupration du plutonium. Afin dassurer des cintiques favorables aux ractions chimiques, il convient que les dbits de lcoulement dans la c

26、olonne (gravit) nexcdent pas 0,1 mlmin 1 . Il est recommand de vrifier lanalyse en procdant des mesurages parallles dchantillons de contrle et/ou des blancs. Des blancs sont mesurs en parallle pour vrifier labsence de contamination externe et de contamination croise significatives entre les chantill

27、ons. NORME INTERNATIONALE ISO 15366-1:2014(F) ISO 2014 Tous droits rservs 1 ISO 15366-1:2014(F) Des chantillons de contrle prpars partir de matriaux certifis ou analyss sont galement prpars et spars de la mme manire que lchantillon en vue de vrifier que lajustement de valence, lquilibre isotopique e

28、t lefficacit de sparation attendus sont atteints. 3 Appareillage 3.1 Protection biologique, par exemple hotte ventile ou bote gants blinde. 3.2 Colonnes jetables en polypropylne ou en verre dune longueur de 90 mm, quipes dun rservoir dune contenance de 9,5 ml, dun volume utile de 1,4 ml, dune hauteu

29、r de 26 mm et dun diamtre intrieur de 8,4 mm, munies de fritts de polythylne ou de verre dune porosit de 20 m et 70 m respectivement (voir Figure A.1). Des colonnes appropries en polypropylne avec des fritts en polythylne sont disponibles dans le commerce et sont bien adaptes lutilisation dans un sy

30、stme robotis. Le remplissage et le conditionnement des colonnes sont dcrits en Annexe A. Les colonnes de chromatographie doivent tre transfres aux dchets radioactifs aprs utilisation. 3.3 Deux plaques chauffantes. 3.4 Matriel courant de laboratoire (fioles et bchers, pipettes, verrerie, supports de

31、colonnes, flacons chantillons, tubes, etc.). 3.5 Flacons en verre. 4 Ractifs Utiliser uniquement des ractifs de qualit analytique reconnue. Toutes les solutions aqueuses doivent tre prpares avec de leau distille ou dionise (rsistivit comprise entre 1 Mm et 10 Mm). 4.1 Acide nitrique concentr et solu

32、tions dacide nitrique, c(HNO 3 ) = 6 moll 1et 3 moll 1 . 4.2 Solution dacide formique, c(HCOOH) = 1 moll 1 . 4.3 Solution de carbamate dammonium CAS n 1111-78-0, c(NH 4 CO 2 NH 2 ) = 0,7 moll 1 . 4.4 Gel de silice 100, 63 m 200 m, prlav avec une solution dacide nitrique 3 moll 1(4.1) et avec de leau

33、 distille ou dionise (voir A.3.1). 4.5 L(+)-Solution dacide ascorbique c(C 6 H 8 O 6 ) = 10 5moll 1ou c(C 6 H 8 O 6 ) = 10 3moll 1dans une solution dacide formique (4.2). 4.6 Oxyde de tri-n-octylphosphine, c(TOPO) = 0,2 moll 1en solution dans du cyclohexane. AVERTISSEMENT Ce ractif est inflammable,

34、et il convient de le manipuler toujours dans un endroit bien ventil et jamais proximit dune flamme nue. 4.7 Solution de sulfate de fer(II), c(FeSO 4 ) = 0,1 moll 1ou c(FeSO 4 ) = 0,8 moll 1dans leau. prparer immdiatement avant chaque utilisation. 4.8 Solution de nitrite de sodium, c(NaNO 2 ) = 1 mol

35、l 1ou c(NaNO 2 ) = 5 moll 1dans leau. prparer juste avant chaque utilisation.2 ISO 2014 Tous droits rservs ISO 15366-1:2014(F) 5 Mode opratoire (voir Figure 1) 5.1 Il convient que lchantillon contienne entre 1 g et 150 g de plutonium et entre 0,1 mg et 2 mg duranium dans un volume de 0,5 ml dune sol

36、ution dacide nitrique 3 moll 1(4.1). Pour les chantillons secs, appliquer le mode opratoire de dissolution suivant: a) Ajouter 0,5 ml de solution dacide nitrique 6 moll 1(4.1) aux chantillons secs et chauffer lentement sur la plaque chauffante une temprature lgrement infrieure au point dbullition po

37、ur viter les projections, jusqu obtention dun sel de nitrate cristallis. NOTE Ce mode opratoire est cit titre dexemple. Dautres conditions que celles dcrites lArticle 5 peuvent tre appliques pour la prparation de lchantillon si celles-ci conduisent des rsultats quivalents. b) Retirer lchantillon de

38、la plaque chauffante et ajouter 0,5 ml de solution dacide nitrique 3 moll 1(4.1), pour redissoudre le sel encore chaud (entre 40 C et 60 C). Agiter pendant quelques secondes. 5.2 Effectuer un cycle doxydo-rduction afin damener tout le plutonium la valence (IV), avant de commencer la sparation, comme

39、 suit: a) Ajouter lchantillon 50 l de solution de sulfate de fer(II) (4.7). b) Mlanger et attendre 5 minutes pour obtenir une rduction complte de plutonium(VI) ou plutonium(IV) en plutonium(III). c) Ajouter 50 l de solution de nitrite de sodium (4.8) pour r-oxyder le plutonium(III) en plutonium(IV),

40、 puis ajouter 100 l de solution dacide nitrique 6 moll 1(4.1) pour ajuster lacidit 3 moll 1 . Mlanger et attendre au moins 5 minutes. 5.3 Transfrer la moiti de lchantillon ainsi prpar dans la colonne. Attendre environ 1 minute, puis ajouter le reste de lchantillon et laisser scouler la solution. Cet

41、te procdure favorise la fixation du plutonium et de luranium dans la partie suprieure de la colonne. 5.4 luer les produits de fission et lamricium de la colonne en ajoutant successivement 2 ml, 3 ml et 4 ml de solution dacide nitrique 3 moll 1(4.1). 5.5 Conditionner la colonne pour prparer llution d

42、u plutonium en ajoutant 2 ml de solution dacide formique 1 moll 1(4.2). liminer les dchets collects jusqu ce stade. 5.6 luer le plutonium de la colonne en ajoutant successivement deux fois 3 ml de solution dacide ascorbique (4.5). Placer les flacons contenant les fractions de plutonium collectes sur

43、 lune des deux plaques chauffantes. 5.7 Laver le reliquat de plutonium dans la colonne en ajoutant 4 ml de solution dacide ascorbique (4.5) en une seule fois. Mettre cette solution de lavage aux dchets. 5.8 Conditionner la colonne pour prparer llution de la fraction duranium en ajoutant deux fois 1

44、ml deau distille. Mettre cette solution de lavage aux dchets. 5.9 luer luranium en ajoutant 4 ml de solution de carbamate dammonium (4.3). Placer les flacons contenant les fractions duranium collectes sur lautre plaque chauffante. 5.10 vaporer sec, lentement les fractions de plutonium et duranium su

45、r les plaques chauffantes 90 C. ISO 2014 Tous droits rservs 3 ISO 15366-1:2014(F) 5.11 Retirer les flacons des plaques chauffantes. Ajouter 0,25 ml dacide nitrique concentr (4.1) et vaporer de nouveau sec. Rpter cette tape une deuxime fois. 5.12 Redissoudre les fractions de plutonium encore chaudes

46、(entre 40 C et 60 C) avec un volume V(Pu) de solution dacide nitrique 3 moll 1(4.1), de faon obtenir une concentration de Pu denviron 50 ng. l 1 . Agiter doucement le flacon pour faciliter la dissolution. 5.13 Redissoudre les fractions duranium encore chaudes (entre 40 C et 60 C) avec un volume V(U)

47、 de solution dacide nitrique 3 moll 1(4.1), de faon obtenir une concentration dU denviron 400 gml 1 . Agiter doucement le flacon pour faciliter la dissolution. 5.14 Boucher les flacons contenant les fractions de plutonium et duranium. Avant de soumettre les fractions de plutonium une mesure par spectromtrie de masse, sassurer que la concentration de plutonium est correcte et que lamricium a bien t spar en procdant un contrle grossier par spectr