拉曼光谱的应用的进步在核领域|光谱学欧洲和世界半岛综合体育官方APP下载德甲bdapp官方下载安卓版

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让穿过公路,^一个达里奥Manara,^b托尔斯滕聊聊^c和鲁迪·J.M. Konings^一个

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拉曼光谱是一半岛综合体育官方APP下载德甲种强大的方法来确定结构和化学特征化合物浓缩或气体状态,包括危险和高放射性材料。它主要无损,可以执行在距离(几十米),通过透明和半透明的屏蔽屏幕。因此毫不奇怪,广泛应用于工业和研究,也由海关、警察、军队、危险物质和在医学。为了满足不同的需求,工具的大小范围从手持设备,致力于快速鉴定材料或化学物质,高端和高分辨率科学仪器。

拉曼光谱是基半岛综合体育官方APP下载德甲于间接测量化学键的振动能量转换后兴奋在一个虚拟的振动状态,单色激光(光子)。转换能量,从而揭示了非弹性散射入射光子与原子间的交互后的振动的材料。inelastically散射光子失去(斯托克斯拉曼乐队)或最终获得(anti-Stokes)如果债券兴奋的能量光子最初是在高能状态,不回到原来的基态。因此,每个振动过渡是揭示了散射光的波长的相对变化相对于入射光的。因此只有一个光子的10⁸光子经历斯托克斯散射光子anti-Stokes散射的就更少了。因此拉曼信号很弱而弹性散射光子的强度。另一方面,这些振动转换非常具体的不同的化学键,从而导致一个独特的每个物质的拉曼光谱指纹。此外,化学键振动对温度敏感,机械压力和分子环境(例如,晶体结构、晶格缺陷、杂质和微晶大小),拉曼光谱受这些参数的影响,因此可以用来推断结构信息。进行测量偏振光甚至可以提供信息在晶体取向的债券。

拉曼散射是最好的观察到大功率,单色光子束。出于这个原因,激光技术的快速进步在过去四十年已广泛地改进质量和适用性的拉曼光谱最多样化的固体,液体,气体材料和化合物。半岛综合体育官方APP下载德甲在现代仪器的测量是由样品的照明激光通常通过一个单一的目标,如显微镜之一,通过分析散射光光谱仪。

在核领域,拉曼光谱已经使用了几十年的研究和锕系元素化合物半岛综合体育官方APP下载德甲的识别。¹在这种情况下的特定问题是样品的辐射,这是危险的运营商,也恶化了工具。在处理核材料时,有几种类型的辐射。锕系元素,如铀或钚,发射α辐射,这很容易屏蔽,但需要严格的约束,以避免公司在处理。镅等锕系元素或使用核燃料发出伽玛射线,是高度渗透,需要屏蔽和/或非常小的样本大小。传统的和明显的方式来处理这个问题是使用远程光谱仪光学头通过玻璃纤维连接。¹在头的屏蔽隔离放射性物质,光谱仪之外。这个配置,然而,减少了测量灵活性远程正面有特定的要求。另一种方法是将一个完整的仪器在手套箱或热电池,但这只是可能,如果辐射剂量很低,所以没有发生损坏仪器。^{2 gydF4y2Ba}

最近的发展是一个紧凑的监禁的放射性物质,^3、4它允许使用常规拉曼配置所有的可能性,导致拉曼应用锕系元素化合物和其他核材料。紧凑的监禁(图1)中所述参考3由一个有机玻璃圆柱胶囊包含下面的示例只是一个光学窗口。塑料袋隧道系统允许转让放射性样品到胶囊没有打破放射性监禁。胶囊很容易适合镜台上(图1)和测量可以通过一个标准的光学窗口进行。注意,这个胶囊不是可重用的但可以设计。唯一的限制是需要很长一段焦点目标(1厘米或更多)。这种技术提供了几个优势相比,定制工具运送核武器。第一个是可能性使用仪器的最大产能。这包括例如使用:

双减去系统测量斯托克斯和anti-Stokes光谱波长很低(< 10厘米¹);
三重添加剂模式(高分辨率测量光谱分辨率下降到0.3厘米¹)
根据需要尽可能多的激发波长,而每个远程配置主管只有一个波长;
仪器的偏振特性;仪器的不同的模式(显微镜、宏观),自动对焦,共焦显微镜函数,映射/成像功能)。

图1所示。紧凑的监禁核材料的拉曼调查。1:光学窗口,2:有机玻璃圆柱体胶囊。3:法兰固定的塑料袋隧道。4:可移动样品支持。离开了监禁在显微镜下安装。左:活动示例支持液电池拉曼光谱。半岛综合体育官方APP下载德甲

第二个优势是易于维护的仪器远离污染。封装技术还提供了可能的轻松实现测量样品在真空下,大气压力,选择或液体。最后,拉曼显微镜的使用大大减少了所需的材料分析。一个示例约0.1毫米³(~ 1毫克的锕系元素化合物)在很大程度上是足够的对于这样一种拉曼测量。处理如此低的数量优势,辐射剂量仍然很低。

以下段落一些相关的报告和最近的科学和技术应用的例子的拉曼光谱在核领域使用一个灵活的工具的好处。半岛综合体育官方APP下载德甲

拉曼光谱的锕系元素二氧化碳

锕系元素的二氧化碳是核燃料循环的关键材料。UO_{2 gydF4y2Ba}是最常见的核反应堆的燃料。ThO_{2 gydF4y2Ba}是一个著名的稀土开采的副产品,被认为是一种替代燃料材料,虽然它不是裂变而是肥沃。年青_{2 gydF4y2Ba}在一些国家在核反应堆和分离混合氧化物燃料(氧化物)的重用。

锕系元素的二氧化碳的一般构成_{2 gydF4y2Ba}并形成一个立方fluorite-type晶格。在这种结构最强烈的拉曼信号是T_{2 g}乐队,这对于UO发生_{2 gydF4y2Ba}在445厘米¹。T_{2 g}对应于不对称输出以平面为中心的立方晶体单元的弹性振动。此外,其他锕系元素二氧化碳测量和图2显示,T_{2 g}峰值变化定期在系列中,清楚地指示依赖锕系元素的质量,因此一个o原子振动的能量。

图2。(一)典型的UO拉曼光谱_{2 gydF4y2Ba},禁食_{2 gydF4y2Ba}年青一代和_{2 gydF4y2Ba}与特征波段T_{2 g},2 LO。在遭辐射损害的光谱UO橙色_{2 gydF4y2Ba}掺杂^241年点。(b)的拉曼图表面部分的混合氧化物燃料颗粒表明聚氨酯在U +聚氨酯的浓度。

除了原子间的振动,电子跃迁特性也可以观察到的拉曼光谱,如最近的出版物纳吉·所示半岛综合体育官方APP下载德甲⁵和Villa-Aleman。⁴在这些研究中,非营利组织的拉曼光谱_{2 gydF4y2Ba}年青一代和_{2 gydF4y2Ba}测量使用多个激发波长和激光激发加热,温度测量斯托克斯/ anti-Stokes比率。纳吉·执行这些测量核燃料芯块的一个片段。年青一代Villa-Aleman原创研究报道纯属捏造_{2 gydF4y2Ba}与一个非常不同的物质形态,即组成的长方坚持形微晶。这是证明额外的乐队来自声子和电子转移的耦合来自晶体场分裂的简并基态5 fⁿ电子构型。

矩阵晶体缺陷的材料,如化学计量所产生的偏差,杂质或辐射损伤,也影响频谱。例如,图2显示了用橙色UO的光谱_{2 gydF4y2Ba}掺杂5%镅(^241年我)。光明的T_{2 g}表明存在缺陷的矩阵。阿尔法粒子产生的α衰变的镅高能源和沉积在小体积的材料导致铀原子位移和氧气和弗伦克尔对,稍微不同的原子间的距离和导致观察到的光明力量。

这些详细的分析提供一个良好的基础锕系元素氧化物材料的识别和描述的应用程序(如新鲜燃料描述辐照的燃料,核法医和核安全措施。

分布在氧化物核燃料钚

全球大约5%的核反应堆使用的核燃料是氧化物燃料。它由钚- 239 (^239年Pu)作为裂变元素而不是铀- 235 (^235年U)和与自然或贫铀混合。的重用目标分离钚的回收标准UO_{2 gydF4y2Ba}燃料和可用于燃烧过剩的钚拆除核武器。它有优势的扩散,产生的乏燃料有Pu同位素组成,不能用于制造武器。它还减少浓缩铀的消费的优势。工业化过程优化的原因,标准的混合氧化物燃料是由大约70 wt %的UO的混合_{2 gydF4y2Ba}和30 wt % (U_0.70聚氨酯_0.30阿)_{2 gydF4y2Ba}粉末烧结燃料芯块。这导致燃料UO组成的_{2 gydF4y2Ba}矩阵包含plutonium-rich群岛地区。会发生裂变,因此热量生产尤其是在那些岛屿。因此,质量控制必须确保plutonium-rich区域的分布是均匀的燃料。

年青一代的_{2 gydF4y2Ba}分布在氧化物燃料通常是衡量电子探针显微分析(电子探针),这是一种有效的技术,虽然相当昂贵和繁琐。样品必须仔细准备电子探针分析,专用热细胞或放射性仪器运送核武器是必要的。

拉曼检测的钚氧化物燃料的分布将呈现相当大的优势。由于从窗户远程测量的可能性,这种技术的集成生产线可以被视为不重要的适应性。⁶演示实验的进行这种测量的可行性联合研究中心的卡尔斯鲁厄。分析是基于这样的事实,当一些UO铀原子的_{2 gydF4y2Ba}取而代之的是钚原子晶体,T_{2 g}乐队定期对更高频率的变化⁷年青一代的纯_{2 gydF4y2Ba}近476厘米¹。这允许年青一代未知_{2 gydF4y2Ba}浓度后从测量拉曼光谱获得相关浓度和带位置的校准曲线。

一个二维金属氧化物颗粒表面的拉曼图如图2 b所示。样品测定在alpha-confinement胶囊标准拉曼光谱仪。地图的假色标对应的位置T_{2 g}乐队在一个给定的位置。一个T_{2 g}乐队在445厘米¹对应于零% U +的聚氨酯Pu(黑色),和一个乐队在455厘米¹对应于U + 30%的聚氨酯Pu(红色)。地图上清楚地揭示了地区丰富钚。

原则上,这个例子演示了使用拉曼光谱的可行性为目的的一致性检查的钚燃料的分布。半岛综合体育官方APP下载德甲测量可以用最小的样品制备和以较低的成本比电子探针。原则上,这种技术使增加的吞吐量测量样本,从而更全面的质量控制。

年青_{2 gydF4y2Ba}在核废料的眼镜

硼硅酸盐玻璃广泛用于高层的固定废物回收用过的核燃料。玻璃固定废物流包含unfissioned和未溶解的燃料残留物,裂变产物和次要锕系元素(Np、是厘米)。它也可以被用来对付劣质钚。然而,从玻璃基质沉淀结晶初中阶段包含裂变同位素应该避免,因为它可能存在相关问题的稳定材料核库。

拉曼光谱已经半岛综合体育官方APP下载德甲被证实⁸是适合检测钠硼硅酸盐晶体二氧化钚的眼镜。眼镜生产联合研究中心的卡尔斯鲁厄模拟high-Pu核废料玻璃化矩阵的行为进行分析。年青一代的降水_{2 gydF4y2Ba}微晶玻璃的玻璃观察矩阵当钚的浓度超过一定值(图3),这表明二氧化钚在玻璃的溶解极限已经被超过。在这种情况下,拉曼光谱有助于高效,快速和半岛综合体育官方APP下载德甲无创性检测年青一代的降水_{2 gydF4y2Ba}micro-crystallites溶解极限时。此外,最近的一个年青一代的拉曼光谱研究的结果半岛综合体育官方APP下载德甲_{2 gydF4y2Ba}纳米晶⁹进一步可以用于检测早期的结晶成核二氧化钚nano-crystallites。

图3。硼硅玻璃的拉曼光谱,年青_{2 gydF4y2Ba}年青一代和硼硅玻璃_{2 gydF4y2Ba}夹杂物(参考后8)。

液电池的拉曼光谱半岛综合体育官方APP下载德甲原位和实时研究切尔诺贝利水改变行为的“熔岩”

在第四单元的核事故在1986年切尔诺贝利核电站,加热UO之间的互动_{2 gydF4y2Ba}燃料棒和反应堆的燃料包壳与硅酸盐材料(混凝土和蛇形)导致一个高度放射性硅酸盐熔体的形成,所谓的切尔诺贝利反应堆“熔岩”渗透到不同的隔间和固化。¹⁰1990年,科学家的V.G. Khlopin镭研究所亲自收集的样本在石棺,建造的核反应堆,并观察(如次生铀矿的形成阶段。,UO_{2 gydF4y2Ba}·H_{2 gydF4y2Ba}O;UO₃h·2_{2 gydF4y2Ba}O;Na₄(UO_{2 gydF4y2Ba})(有限公司₃切尔诺贝利)表面上的“熔岩”,提供持续的化学变化的证据切尔诺贝利“熔岩”。¹⁰

为了研究水腐蚀的影响在这个高放射性物质的渗透水,放射性的胶囊样品开发的JRC改编代替试样夹了一个液电池含有黑色切尔诺贝利“熔岩”样本综合在一个碱性碳酸钠溶液(图4)。

图4。堆叠的拉曼光谱在350厘米之间¹和700厘米¹从不同的UO_{2 +x}夹杂物的黑人切尔诺贝利“熔岩”。注意的频移和同步带展宽T_{2 g}模式从445厘米¹(以灰色实线)456厘米¹(灰色虚线)的存在表明hyper-stoichiometric UO_{2 +x}。

在实验之前,黑人切尔诺贝利“熔岩”被电子探针和拉曼光谱研究。半岛综合体育官方APP下载德甲这些分析表明切尔诺贝利“熔岩”包括各种夹杂物的铀、锆阶段(UO_{2 gydF4y2Ba}₊_x,UOx+ Zr、Zr-U-O、SiO (Zr, U)₄和(锆、U) O_{2 gydF4y2Ba})、石英砂、以及Fe-bearing钢球体,由在一个嵌入式metaluminous硅酸盐玻璃。

第一原位拉曼腐蚀实验,¹¹样本的黑人“熔岩”是安装在液电池和沉浸在碳酸钠溶液(Na_{2 gydF4y2Ba}有限公司₃;pH值≈11.8)。该解决方案被选中来模拟石棺内的碱性条件。拉曼胶囊与集成液电池被放置在一个自动化的x, y, z的阶段,这使得收购2 d拉曼的地图感兴趣的区域。这个领域涉及氧化铀的包容和较小的金属钢球体,被玻璃矩阵。

拉曼映射的感兴趣的领域是重复大约每48小时的总持续时间两个月。在28天,显著的拉曼光谱的变化被观察到。尽管一些新乐队仍然不明,两个密集带点的出现未知的二次相的形成沉淀,从解决方案。这项工作的结果证明延长的可行性之间的反应动力学分析放射性物质和水的解决方案。最近被证明对于非放射性的眼镜,¹²这种技术研究开辟了新的途径,核材料之间的相互作用和水解决方案通过拉曼光谱研究特定的子过程的能力半岛综合体育官方APP下载德甲原位和实时。

前景

由于高灵活性的拉曼光谱技术,研究的数量进行核材料的许多不同类型和应用程序增加了令人印象深半岛综合体育官方APP下载德甲刻的是在过去十五年,进入应用领域如核安全措施、退役和过程控制。其更广泛的技术应用需要一个基本的认识材料的光谱用于核燃料循环,而且在非电的应用程序中,如空间力量或放射性同位素生产。除了建立参考光谱对于这些放射性物质,还需要理解辐射损伤的影响产生的光谱和特殊效果独特的电子锕系元素的配置。

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