国内外核标准物质发展现状_戚博雅.pdf

2023 年 第 4 期 广 东 化 工 第 50 卷 总第 486 期 115 国内外核标准物质发展现状国内外核标准物质发展现状 戚博雅，朱海巧，张丽华*(中国原子能科学研究院，放射化学研究所，北京 102413)摘 要分析测试水平是衡量国家科学技术水平的重要标志，而标准物质不仅是测试分析的技术保障，也是科学研究和方法研究、量值传递和溯源等诸多方面的重要基础。核标准物质是标准物质的一个重要分支，是核化学计量的核心。本文综述了上世纪 80 年代至今国内外核标准物质的研制情况，主要包括铀钚等测量用的标准物质、铀钚同位素测量用的标准物质、核燃料杂质元素测量用标准物质等。关键词标准物质；核标准物质；铀标准物质；钚标准物质；发展 中图分类号TQ 文献标识码A 文章编号1007-1865(2023)04-0115-05 Development of Nuclear Certified Reference Materials in Domestic and Abroad Qi Boya,Zhu Haiqiao,Zhang Lihua*(China Institute of Atomic Energy,Department of Radiochemistry,Beijing 102413,China)Abstract:The level of analysis and testing is an important symbol to measure the level of national science and technology.The reference material is not only the technical guarantee of test and analysis,but also the important basis of scientific research and method research,value transfer and traceability.Nuclear reference material is an important branch of reference material and the core of nuclear stoichiometry.This work mainly introduces the development of certified reference materials domestic and abroad from 1980s,containing certified reference materials for uranium and plutonium content meaurement,uranium and plutonium isotope abundance measurement,and impurities content measurement in nuclear fuel.Keywords:reference materials；nuclear certified reference materials；uranium standard material；plutonium standard material；development 分析测试水平是衡量国家科学技术水平的重要标志。目前，分析测试技术已经从经典单一的、简单基体的测试，发展为以现代分析仪器为主的复杂组分、痕量、复杂基体的测试，极大地增加了分析测试的难度和复杂程度1。标准物质(RM)和有证标准物质(CRM)作为分析测试技术的重要物质保障，与分析测试技术密切相关。按照“国际通用计量学基本术语”和“国际化标准组织指南 30”，标准物质是具有一种或多种足够均匀和完全确定了的特性值，用以校准设备，评价测量方法或给材料赋值的材料或物质1-2。其具有稳定性、均匀性和准确性三个特征；有证标准物质即附有证书的标准物质，其特性值按某个程序认证，使可溯源到用以表示特性值的计量单位的准确复现，每项出证的特征值都具有规定置信水平的不确定度3。而标准物质是标准计量的依据，是执行国家计量法的溯源性基准，具有可溯源性，确保对被测量在不同时间、空间进行测量时，获得的结果同样具有一致性和可比性4。随着国际国内对于检测结果的可靠性和可比性要求不断提高，标准物质被广泛应用于各个方面测量装置的校正、评价和验证分析方法的准确度、仲裁分析以及测量过程的质量控制等5-8。核标准物质是标准物质的一个分支，是核分析化学计量的核心，在核燃料循环生产过程中的控制分析和产品质量分析、环境保护和公众安全的核辐射测量、核临界安全与核材料衡算等方面，核标准物质起着量值传递和质量保证与控制作用9。本文综述了上世纪 80 年代至今国内外核标准物质的研制情况，主要包括铀钚含量标准物质、铀钚同位素标准物质以及杂质元素标准物质等。1 核标准物质在核工业中的作用核标准物质在核工业中的作用 与医药、冶金、食品工业相比，核工业发展的历史比较短且数量有限，对于核材料的研究与其他其他标准物质相比，起步较晚。然而，核材料的纯度要求较高并且具有放射性，因此核标准物质一直都是标准物质研究中的热点10-11。核标准物质包括核材料及其产品的分析测试标准物质和核辐射计量测试标准物质。随着我国核工业的发展，从质量、经济、安全和环保等因素考虑，核燃料循环的各个环节对核材料分析结果的可靠性都提出了更高的要求，核标准物质在这些测量中起着量值传递和质量保证与控制作用1,10。2 国外核标准物质研制情况国外核标准物质研制情况 国际上只有部分国家具有研究、生产并颁布有证核标准物质(CRM)的专业机构，其中美国是核标准品种最多、且定值水平和质量信誉均得到国际公认的国家。目前多数核标准物质的研制和生产均来自于美国能源部的新布伦瑞克实验室(NBL)，由欧洲测量与标准物质研究院(IRRM)生产和颁布的核标准物质产品数量仅次于 NBL。法国 CETAMA、COGEMA、英国哈威尔实验室、BNFL 以及日本原子能研究所也生产了少量的核标准物质，他们研制的核标准物质主要包括铀、钚、镎和钍等，而且新增了镅标准物质12,13。目前生产种类最多的核标准物质为铀标准物质，多达 200多种，包括铀金属、二氧化铀芯块、硝酸铀酰、八氧化三铀、六氟化铀、铀同位素、稀释剂、杂质元素等3,14-15。钚标准物质共 60 多种，包括钚金属、二氧化钚、硝酸钚、四水硫酸钚、稀释剂、杂质元素、K 边标准物质等。钍标准物质有 8 种，镎标准物质很难通过公开渠道获得，新增的镅标准物质只有一种。2.1 铀标准物质 铀是核燃料循环体系中最为关注的元素之一，其分析方法有多种，如重量法、库仑法、分光光度法、激光荧光法、K 边界吸收法等。标准物质可用于上述分析方法的验证、仪器校准和质量控制10。标准物质的均匀性和稳定性是十分重要的两个特征，因此在标准物质不断研发的过程中，不易保持稳定的铀元素测量标准物质会逐渐被取代。例如稳定性较好的烧结UO2芯块逐步取代了 NBL 原有的两种235U 丰度不同的 UO2粉末状态标准物质15。分析仪器的逐渐发展和仪器制造的进步也会促进测量精密度的提高，从而优化标准物质的定值准确度。目前，国外铀标准物质种类齐全，涵盖了铀含量、铀同位素、铀稀释剂以及杂质元素标准物质。2.1.1 铀含量标准物质 铀含量标准物质涉及铀金属、UO2芯块、U3O8以及硝酸铀酰等标准物质，包括 9 大类，分别为 3 种铀金属标准物质(CRM 112-A、CRM 115、CRM 116-A)、3 种 UO2芯块标准物质(CRM 125-A、EC-NRM110、CBNM106)、3 种 U3O8标准物质(CRM 129-A、CRM 146、CRM 149)、3 种硝酸铀酰标准物质(CRM 145、CRM U045、CRM 135)、10 种 UF6标准物质(IRMM-019IRMM-027、CRM113-B)、18 种铀溶液标准物质(IRMM-183IRMM-187、EC-NRM-199、IRMM-3100a、IRMM-2019IRMM-2029)、1 种铀含量标准物质(CRM 42)、1种铀岩石中标准物质(CRM 1-A)、7 种铀矿石标准物质(CRM 4、CRM 5、CRM 101-A、CRM 102-A、CRM 103-A、CRM 104-A、CRM 105-A)。收稿日期 2022-12-15 作者简介 戚博雅(1997-)，女，河北承德人，硕士研究生，主要研究方向为拉曼光谱分析。*为通讯作者。广 东 化 工 2023 年 第 4 期 116 第 50 卷 总第 486 期 表表 1 铀元素分析测量的标准物质铀元素分析测量的标准物质14-20 Tab.1 Standard materials for analysis and measurement of uranium14-20 标准物质分类 定值机构 编号 定值元素 U 金属(金属铀棒)NBL CRM 112-A、CRM 115、CRM 116-A 99.8%、99.8%UO2芯块 NBL、IRMM CRM 125-A、EC-NRM110、CBNM106 88.08%U3O8 NBL CRM 129-A、CRM 146、CRM 149 99.97%(U3O8)硝酸铀酰 NBL CRM 145、CRM U045 硝酸铀酰(硝酸溶液)NBL CRM 135 235U：99.82%UF6 IRMM、NBL IRMM-019IRMM-027、CRM113-B 铀溶液 IRMM、NBS-CBNM IRMM-183IRMM-187、EC-NRM-199、IRMM-3100a、IRMM-2019IRMM-2029 铀含量(沥青油矿石-纯橄榄岩石)NBL CRM 42 U：(4.040.52)%；Ra：3.410-7%铀岩石中标准物质(磷酸盐矿石)NBL CRM 1-A 0.015%铀矿石标准物质(钒钾铀矿石)NBL CRM 4、CRM 5、0.18%(U3O8)、0.11%(U3O8)铀矿石标准物质(沥青油矿石-氧化硅)NBL CRM 101-A、CRM 102-A、CRM 103-A、CRM 104-A、CRM 105-A U：(1.010.001)%；Ra：(3.510-73.510-10)%2.1.2 铀同位素标准物质 铀 同 位 素 标 准 物 质 有49种，其 编 号 分 别 为IRMM-072/1IRMM-072/15、IRMM-074/1IRMM-074/10、IRMM-075/1IRMM-075/6、CRM U0002、CRM U005-A、CRM U010、CRM U015、CRM U020-A、CRM U030-A、CRM U100、CRM U150、CRM U200、CRM U350、CRM U500、CRM U630、CRM U750、CRM U800、CRM U850、CRM U900、CRM U930-D、CRM U970。2.1.3 铀稀释剂标准物质 铀稀释剂标准物质分为 5 类，分别是 2 种233U 稀释剂标准物质(IRMM-051、CRM 111-A)、2 种235U 稀释剂标准物质(IRMM-050、IRMM-054)、3 种238U 稀 释 剂 标 准 物 质(IRMM-052、IRMM-053、IRMM-056)、2 种236U 稀释剂标准物质(IRMM-3660a、IRMM-3660b)、3 种233U 和236U 组成的混合稀释剂(IRMM-3636、IRMM-3636a、IRMM-3536b)表表 2 铀同位素及稀释剂的标准物质铀同位素及稀释剂的标准物质15-16,18 Tab.2 Standard substances for uranium isotopes and diluents15-16,18 标准物质分类 定值机构 编号 定值元素 铀同位素 IRMM IRMM-072/1IRMM-072/15