ISO 8299-2005 Nuclear fuel technology - Determination of the isotopic and elemental uranium and plutonium concentrations of nuclear materials in nitric acid sol.pdf

1、 Numro de rfrence ISO 8299:2005(F) ISO 2005NORME INTERNATIONALE ISO 8299 Deuxime dition 2005-02-15Technologie du combustible nuclaire Dtermination de la teneur isotopique et des concentrations en matriaux nuclaires de luranium et du plutonium dans une solution dacide nitrique par spectromtrie de mas

2、se thermoionisation Nuclear fuel technology Determination of the isotopic and elemental uranium and plutonium concentrations of nuclear materials in nitric acid solutions by thermal-ionization mass spectrometry ISO 8299:2005(F) PDF Exonration de responsabilit Le prsent fichier PDF peut contenir des

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8、org Publi en Suisse ii ISO 2005 Tous droits rservsISO 8299:2005(F) ISO 2005 Tous droits rservs iiiSommaire Page Avant-propos. iv 1 Domaine dapplication 1 2 Rfrences normatives. 1 3 Principe de la mthode. 1 4 Ractifs pour le traitement chimique 2 5 Appareillage pour le traitement chimique 4 6 Apparei

9、llage pour spectromtrie de masse . 4 7 Prparation chimique . 5 8 Prparation des filaments 7 9 talonnage de linstrument 8 10 Mesurage isotopique de spectromtrie de masse 10 11 Calcul des rsultats 11 12 Blancs. 14 13 Contrle qualit. 14 14 Rptitivit des mesures 14 15 Justesse de la mthode 15 16 Interfr

10、ences 15 Annexe A (normative) Prparation et talonnage des solutions de traceur 17 Bibliographie 23 ISO 8299:2005(F) iv ISO 2005 Tous droits rservsAvant-propos LISO (Organisation internationale de normalisation) est une fdration mondiale dorganismes nationaux de normalisation (comits membres de lISO)

11、. 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 avec lISO participe

12、nt galement aux travaux. LISO collabore troitement avec la Commission lectrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation lectrotechnique. Les Normes internationales sont rdiges conformment aux rgles donnes dans les Directives ISO/CEI, Partie 2. La tche principale des comits tec

13、hniques est dlaborer les Normes internationales. Les projets de Normes internationales adopts par les comits techniques sont soumis aux comits membres pour vote. Leur publication comme Normes internationales requiert lapprobation de 75 % au moins des comits membres votants. Lattention est appele sur

14、 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. LISO 8299 a t labore par le comit technique

15、ISO/TC 85, nergie nuclaire, sous-comit SC 5, Technologie du combustible nuclaire. Cette deuxime dition annule et remplace la premire dition (ISO 8299:1993), qui a fait lobjet dune rvision technique. NORME INTERNATIONALE ISO 8299:2005(F) ISO 2005 Tous droits rservs 1Technologie du combustible nuclair

16、e Dtermination de la teneur isotopique et des concentrations en matriaux nuclaires de luranium et du plutonium dans une solution dacide nitrique par spectromtrie de masse thermoionisation 1 Domaine dapplication La prsente Norme internationale spcifie une mthode pour mesurer la composition isotopique

17、 et la concentration de luranium et du plutonium dans les solutions dentre de combustibles irradis de racteurs de type graphite gaz et de type eau lgre ( eau bouillante ou eau pressurise), dans les produits finis des usines de retraitement et dans les produits dentre et de sortie des usines de fabri

18、cation des combustibles MOX ou uranium. La mthode est applicable dautres combustibles, mais la sparation chimique et la solution de traceur isotopique doivent, si ncessaire tre adaptes pour chacun des types de combustible. 2 Rfrences normatives Les documents de rfrence suivants sont indispensables p

19、our lapplication du prsent document. Pour les rfrences dates, seule ldition cite sapplique. Pour les rfrences non dates, la dernire dition du document de rfrence sapplique (y compris les ventuels amendements). ISO 10980:1995, Vrification du titre des solutions de rfrence utilises pour la mesure des

20、concentrations ISO 11483, Prparation des sources de plutonium et dtermination du rapport isotopique 238 Pu/ 239 Pu par spectromtrie alpha 3 Principe de la mthode La mthode dcrite est base sur le mesurage de rapports isotopiques par spectromtrie de masse thermoionisation (TIMS). Le mesurage TIMS impo

21、se la sparation des lments analyser des autres lments. Deux mthodes de sparation de luranium et du plutonium par rsines changeuses dions sont dcrites dans lArticle 7. Dautres mthodes de sparation sont utilisables condition quelles conduisent une sparation de qualit similaire. LISO 15366 est un exemp

22、le de mthode alternative adapte. La mthode dcrite est constitue de deux mesurages TIMS spars. a) Un mesurage est fait pour dterminer la composition isotopique de llment. (Labondance de lisotope 238 Pu est dtermine en combinant la spectromtrie de masse suivant la prsente mthode et la spectromtrie alp

23、ha dcrite dans lISO 11483, si les interfrences de lisobare 238 U ne sont pas limines par la sparation chimique). b) Un second mesurage est fait sur un mlange de lchantillon avec un traceur constitu disotopes artificiellement enrichis de llment mesurer. Cette mthode de mesurage de la concentration du

24、n lment est appele spectromtrie de masse par dilution isotopique. Le traceur peut contenir un isotope dj prsent dans lchantillon ou pas. Quand des traceurs 233 U et 244 Pu sont utiliss, cela limine la ncessit de faire un mesurage isotopique de lchantillon non trac pour dterminer la concentration en

25、uranium et en plutonium. Comme gnralement on est conduit mesurer la fois la composition isotopique et la concentration de llment, il est courant dutiliser les solutions de traceurs ISO 8299:2005(F) 2 ISO 2005 Tous droits rservsles moins chers tels que 239 Pu, 240 Pu et 235 U. Dans la mthode IDMS, de

26、s mesurages prcis des masses des chantillons et traceurs qui sont mlangs doivent tre raliss. La composition isotopique et la concentration du traceur doivent tre connues ou mesures prcisment. Les calculs IDMS sont dcrits en 11.6. La mthode IDMS comprend les tapes suivantes: dilution massique, si la

27、dilution prcde le traage; prise dchantillon et addition massique de traceur; chimie dajustement de valence et dchange isotopique pour obtenir un mlange isotopiquement quilibr; purification/sparation chimique; chargement de lchantillon sur les filaments et oxydation; mesurage des rapports isotopiques

28、 par TIMS sur les fractions traces et non traces. Cette norme dcrit deux mthodes de mesurage par TIMS. 1) Mesurages par vaporation totale (TE), avec multicollecteurs Faraday. Cette mthode consomme la totalit de lchantillon. Chacun des courants dions des isotopes est collect du dbut la fin de lmissio

29、n des ions. Il y a plusieurs avantages cette mthode et elle permet des mesurages prcis de petits chantillons et est facilement adapte des mesures automatiques. 2) Mesurages conventionnels avec multicollecteurs Faraday. Dans la mthode conventionnelle, lionisation de lchantillon est optimise pour prod

30、uire faisceau dion permanent dintensit stable. Les donnes sont collectes par blocs contenant habituellement 10 sries (balayages) de mesurages. Cette mthode est recommande quand il ny a quun seul collecteur ou quand il y a possibilit de normaliser des rapports inconnus par rapport des rapports connus

31、 dans lchantillon. Dans le cas dchantillons nuclaires ceci est principalement le cas quand un double traceur a t utilis, comme par exemple un traceur uranium 233 U/ 236 U. Dans ce cas il est possible danalyser lchantillon plus prcisment quavec la mthode dvaporation totale. Autrement la mthode dvapor

32、ation totale permet normalement dobtenir une meilleure prcision et justesse. Avec la mthode conventionnelle il est possible de calculer la prcision interne de la mesure comme estimation de la qualit du mesurage. La mthode dvaporation totale sappuie presque entirement sur des mesurages spars de matri

33、aux de rfrence pour driver la prcision et la justesse externe des mesures. 4 Ractifs pour le traitement chimique Les solutions listes ci-dessous sont prpares avec des ractifs de qualit pour analyse, moins quil ne soit spcifi autrement. 4.1 Traceurs et matriaux de rfrence 4.1.1 Solution talon de rfre

34、nce uranium, prpare partir duranium naturel mtal pur avec une concentration lmentaire certifie 0,05 % (2) ou mieux, tel que NBL-CRM-112A (ex NBS-960D), EC-101, CEA-MU-2, JEARI-U4. Consulter lAnnexe A et lISO 10980 pour la prparation et la validation de cette solution. 4.1.2 Solution talon de rfrence

35、 de plutonium, prpare partir: de plutonium mtal avec une concentration lmentaire certifie 0,05 % (2) ou mieux, tel que NBL-CRM-126, EC-201, CEA-MP-2 ou NBS-949, avec une abondance isotopique en 239 Pu de 97 % ou plus, connue aussi 0,05 % (2) ou mieux, si du 240 Pu, 242 Pu ou 244 Pu est utilis comme

36、traceur isotopique; ISO 8299:2005(F) ISO 2005 Tous droits rservs 3 dune solution de plutonium talon certifie enrichie en isotope 240 Pu, 242 Pu ou 244 Pu lorsque du plutonium enrichi 97 % est utilis comme traceur. Voir lAnnexe A et lISO 10980 pour la prparation et la validation de cette solution. 4.

37、1.3 Traceur uranium de composition isotopique et composition chimique certifies, tels que IRMM-040, IRMM-041, IRMM-042, NBL-CRM-111A (ex NBS-955), NBL-CRM-135 ou NBL-CRM-U930D. 4.1.4 Traceur plutonium de composition isotopique et composition chimique certifies, tels que IRMM-041, IRMM-043, IRMM-044,

38、 IRMM-049, NBL-CRM-130 (nitrate de 242 Pu), NBL-CRM-131 (nitrate de 244 Pu, ex NBS 996), NBL-CRM-144 (mlange de nitrate de 240 Pu, 242 Pu et 244 Pu), NBL-CRM-126 (mtal enrichi 97 % en 239 Pu), ou CEA-MP-2 (mtal enrichi 97 % en 239 Pu). 4.1.5 Traceur mixte uranium/plutonium en solution de composition

39、s isotopiques et chimiques certifies, tel que IRMM-046 (traceur mixte 233 U/ 242 Pu). 4.1.6 Traceur sec de grande taille de compositions isotopiques et chimiques certifies (LSD), tel que IRMM-1027, contenant environ 50 mg de 235 U enrichi 20% et 1 mg ou 2 mg de 239 Pu enrichi 97 %. 4.1.7 Traceur mix

40、te uranium/plutonium, contenant de 0,2 mg/g 0,3 mg/g de 235 U et de 1 g/g 2 g/g de 242 Pu dans lacide nitrique, 7 mol/l, prpare partir de matriaux de rfrence certifis tels que NBL-CRM-135 ou NBL-CRM-U930D, et IRMM-049 ou NBL-CRM-130. NOTE Si les traceurs certifis 4.1.3, 4.1.4, 4.1.5, 4.1.6 ou 4.1.7

41、ne sont pas disponibles, les traceurs souhaits peuvent tre prpars et normaliss en suivant lISO 10980. Les modes opratoires sont dcrits lAnnexe A. 4.1.8 Matriaux de rfrence certifis, qui couvrent la gamme isotopique dintrt et sont certifis 0,1 % ou mieux pour les isotopes majeurs, tels que IRMM-290,

42、NBL-CRM-128, NBL-CRM-137 (ex NBS-947), NBL-CRM-144, NBL-CRM-122, CEA-MIRF-01, AEAT-UK-Pu3 pour le plutonium, et IRMM-072, IRMM-199, NBM-CRM 117, NBL-CRM-U005A NBL-CRM-U930D, CEA-MIRF-02, AEAT-UK-U2 pour luranium. 4.2 Autres ractifs chimiques 4.2.1 Solutions dacide nitrique, c(HNO 3 ) = 0,3 mol/l, 1

43、mol/l, 3 mol/l, 4 mol/l, 7 mol/l. 4.2.2 Sulfate ferreux, c(FeSO 4 ) = 0,2 mol/l, dans lacide amidosulfurique, c(NH 2 SO 3 H) = 0,2 mol/l, et acide sulfurique, c(H 2 SO 4 ) = 1 mol/l, frachement prpar. 4.2.3 Nitrite de sodium, c(NaNO 2 ) = 0,7 mol/l, frachement prpar. 4.2.4 Nitrate dhydroxylamine, c(

44、NH 2 OH) = 0,019 mol/l, dans lacide nitrique, 0,3 mol/l. 4.2.5 Nitrate dargent. 4.2.6 Rsine bille changeuse dions de qualit analytique, polystyrne dammonium quaternaire anionique, avec 4 % de rticulation et une granulomtrie de 100/200 mesh, conditionne dans une solution dacide nitrique 7 mol/l. EXEM

45、PLE Quand on part dune rsine sous forme chlorhydrique, suivre par exemple le mode opratoire suivant. Dans un becher de 1 000 ml, laver 500 ml de rsine, successivement: deux fois, avec 500 ml deau; deux fois, avec 500 ml dacide nitrique, 0,3 mol/l (4.2.1); deux fois, avec 500 ml dacide nitrique, 4 mo

46、l/l (4.2.1); ISO 8299:2005(F) 4 ISO 2005 Tous droits rservs cinq fois, avec 500 ml dacide nitrique 7 mol/l (4.2.1), jusqu ce que un chantillon du surnageant ne prsente plus de prcipit de chlorure aprs ajout de nitrate dargent (4.2.5). Stocker la rsine dans un flacon conique ferm hermtiquement. Utili

47、ser la rsine dans lespace de quelques jours. La rsine peut tre stocke pour une priode dun mois la condition quelle soit rince leau aprs son traitement. Au-del de cette priode laver la rsine inutilise et la jeter. Une mthode alternative qualifie peut tre utilise et impliquer des Normes nationales ou internationales, un mode opratoire spcifique dune usine ou lutilisation de rsine commerciale convertie en nitrate, condition quil soit dmontr quelle donne des rsultats qu