蘭圖　劉展翔　李興亮,　廖家莉＊,　羅順忠　楊遠(yuǎn)友　柴之芳　劉寧　王東琪

(1四川大學(xué)原子核科學(xué)技術(shù)研究所，輻射物理及技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610064)

(2中國科學(xué)院核輻射與核技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國科學(xué)院高能物理研究所多學(xué)科中心，北京100049)

(3中國工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所，綿陽621900)

(4蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)及交叉學(xué)科研究院(RAD-X)，蘇州215123)

低濃縮鈾靶輻照后溶液中鈾的化學(xué)種態(tài)及主要裂變元素的影響

蘭圖1,2劉展翔1李興亮1,3廖家莉＊,1羅順忠3楊遠(yuǎn)友1柴之芳2,4劉寧1王東琪＊,2

(1四川大學(xué)原子核科學(xué)技術(shù)研究所，輻射物理及技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610064)

(2中國科學(xué)院核輻射與核技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國科學(xué)院高能物理研究所多學(xué)科中心，北京100049)

(3中國工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所，綿陽621900)

(4蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)及交叉學(xué)科研究院(RAD-X)，蘇州215123)

利用化學(xué)種態(tài)分析軟件CHEMSPEC計(jì)算了低濃縮鈾靶輻照后溶液中鈾(U)的化學(xué)種態(tài)分布及其主要裂變元素對U化學(xué)種態(tài)的影響。結(jié)果表明，在單組分體系中，pH值和鈾酰濃度都會顯著影響U的化學(xué)種態(tài)分布。隨著鈾酰濃度的增大，溶液中將會生成多核配合物；在較高的NO3-濃度下，U在溶液中主要以UO22+和UO2NO3+的形式存在。CO2對不同濃度鈾的種態(tài)分布影響結(jié)果表明，當(dāng)鈾酰濃度較低時，鈾的化學(xué)種態(tài)多以碳酸鈾酰的形式存在；當(dāng)鈾酰濃度較高時，鈾的化學(xué)種態(tài)多以氫氧鈾?；蛑櫟V沉淀的形式存在。計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)裂片元素Tc、I、Mo的濃度小于0.01 mol·L-1并分別以TcO4-、I-、MoO42-的種態(tài)存在時，這些裂片元素不改變鈾的各化學(xué)種態(tài)的分布。

化學(xué)種態(tài)；CHEMSPEC；鈾；裂變元素；輻照

鈾是核工業(yè)中最重要的核材料。含有高濃鈾(Highly-Enriched Uranium，HEU，235U≥90%)的核燃料元件在核工業(yè)的許多領(lǐng)域中有廣泛應(yīng)用。但大量高濃鈾燃料元件的使用以及相關(guān)的后處理工程，增加了核擴(kuò)散與恐怖事件發(fā)生的幾率。因此，當(dāng)代在民用核工業(yè)中推廣和使用低濃鈾燃料(Low-Enriched Uranium，LEU，235U≤20%)，從而降低核擴(kuò)散與恐怖事件發(fā)生的風(fēng)險[1-2]。

近年來國內(nèi)外針對LEU的推廣使用開展了大量的相關(guān)研究工作，取得了顯著進(jìn)展。這些研究主要集中于先進(jìn)LEU核燃料開發(fā)[3-8]、HEU向LEU反應(yīng)堆轉(zhuǎn)化的性能分析[9-17]及輻照后裂變產(chǎn)物的化學(xué)回收過程[18-20]等方面。此外，采用低濃鈾作為輻照靶分離生產(chǎn)放射性同位素也成為國際上不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢[21-24]。低濃鈾靶的推廣，不僅可降低核擴(kuò)散與恐怖事件發(fā)生的風(fēng)險，而且對全球99Mo、99mTc、131I等醫(yī)用同位素的持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)也具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

與高濃鈾靶相比，經(jīng)相同輻照條件照射后低濃鈾靶中的裂變產(chǎn)物與分布會有所不同；即使相同的低濃鈾靶在不同的輻照條件下質(zhì)量分布也會有所差別。低濃鈾靶輻照溶解后產(chǎn)物更復(fù)雜，而目前對低濃鈾靶輻照后產(chǎn)生的裂變體系中相關(guān)核素的化學(xué)行為的認(rèn)識還較少。

本文工作利用北京大學(xué)核環(huán)境化學(xué)課題組開發(fā)的化學(xué)種態(tài)分析軟件CHEMSPEC[25,26]計(jì)算了低濃鈾靶輻照后溶液中U的化學(xué)種態(tài)分布及主要裂變元素對U化學(xué)種態(tài)的影響，以期為基于低濃鈾靶的裂變核素生產(chǎn)及對U的回收利用提供參考。

1　程序及計(jì)算方法

利用化學(xué)種態(tài)分析軟件CHEMSPEC首先計(jì)算了低濃鈾靶輻照后溶液中U單組份體系的種態(tài)分布，進(jìn)而研究了U與主要裂變元素的多組分體系，分析了溶液中U的化學(xué)種態(tài)分布和主要裂變元素對U化學(xué)種態(tài)的影響。CHEMSPEC程序基于質(zhì)量平衡和熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫，可以處理包含酸堿反應(yīng)、沉淀形成、絡(luò)合反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)等化學(xué)過程的體系，預(yù)測特定條件下指定元素的化學(xué)種態(tài)。該程序有Fortran[25]和C++[26]兩個版本。本文工作采用C++版本，采用的熱力學(xué)數(shù)據(jù)來自于PSI(Paul Scherrer Institute)熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫[27]，版本號為NAPSI_290502，其中包含鈾、钚、镎、镅等關(guān)鍵元素的熱力學(xué)元素?cái)?shù)據(jù)。

通過CHEMSPEC與另外兩種化學(xué)種態(tài)分析軟件MINTEQA2[28]和HARPHRQ[29]的比較，結(jié)果分別示于圖1和圖2，發(fā)現(xiàn)除個別化學(xué)種態(tài)的濃度結(jié)果有所差別外，U的主要化學(xué)種態(tài)及其濃度分布符合得很好。

2　結(jié)果與討論

2.1低濃鈾靶輻照溶解后各主要裂變核素的濃度

低濃鈾靶中235U/238U含量為4.937 5 g/20.062 5 g，靶件燃耗深度約為1%，假設(shè)靶件被硝酸溶解后的溶液總體積為500 mL，由各主要裂變核素的裂變產(chǎn)額(表1)可以計(jì)算出其在溶液中的大致濃度，如表2所示。

表1　235U的一些熱中子裂變產(chǎn)物及其裂變產(chǎn)額Table 1Thermal neutron induced fission products of235U and their yields

2.2水溶液中鈾的化學(xué)種態(tài)及NO3-和CO2的影響

2.2.1水溶液中鈾的化學(xué)種態(tài)

表2　低濃鈾靶輻照后各主要元素的濃度*Table 2Concentrations of major nuclides after LEU targets irradiation

圖1　CHEMSPEC(左)和MINTEQA2(右,摘自文獻(xiàn)[28])計(jì)算鈾的化學(xué)種態(tài)分布結(jié)果的比較Fig.1　Calculated results of U speciation by two speciation codes CHEMSPEC(left)and MINTEQA2(right,from ref.[28])

圖2　CHEMSPEC(左)和HARPHRQ(右,摘自文獻(xiàn)[29])計(jì)算鈾的化學(xué)種態(tài)分布結(jié)果的比較Fig.2　Calculated results of U speciation by two speciation codes CHEMSPEC(left)and HARPHRQ(right,from ref.[29])

圖3給出了在一定pH值范圍內(nèi)4種不同濃度的鈾的水溶液(1.0×10-12(a)、1.0×10-6(b)、0.1(c)、0.21 mol·L-1(d))中鈾的化學(xué)種態(tài)的分布。

人生最難得的就是，愿意沉下心來將一件事做到極致，哪怕已經(jīng)取得了萬眾矚目的成績，鞏俐仍選擇將自己的全部精力都放在鐘愛的事業(yè)上。因?yàn)樯苜F，經(jīng)不起浪費(fèi)。

從上述結(jié)果可知，隨著鈾酰濃度的增大，鈾酰離子的水解加劇，溶液中出現(xiàn)了[(UO2)2OH]3+、[(UO2)2(OH)2]2+、[(UO2)3(OH)4]2+、[(UO2)3(OH)5]+、[(UO2)3(OH)7]-、[(UO2)4(OH)7]+等多核配合物，并且多核配合物出現(xiàn)的范圍向低pH值移動。通過高、低鈾酰濃度中各種態(tài)的對比，可以看出，在高鈾酰濃度的溶液中出現(xiàn)了柱鈾礦沉淀以及[(UO2)2(OH)2]2+、[(UO2)3(OH)4]2+多核配合物，表明只有在較高的濃度下，鈾酰離子才表現(xiàn)出較強(qiáng)的聚合能力，但這種行為在強(qiáng)堿性條件下受到抑制。

圖3　4種濃度下鈾在水溶液中的種態(tài)分布Fig.3　 Speciation of uranium in aqueous solution

圖4是鈾在水溶液中的種態(tài)分布隨pH值和鈾酰濃度的變化規(guī)律?？梢钥闯觯S著pH值的增大，UO22+所占比例逐漸減少(圖4a)，而[UO2(OH)3]-所占比例逐漸增大(圖4d)，[UO2OH]+、UO2(OH)2和柱鈾礦所占比例先增大后減小(圖4b,c和l)，多核配合物都會在特定pH范圍內(nèi)出現(xiàn)“年輪”狀的分布情況(圖4f，g，h，i，j和k)。此外，多核配合物主要出現(xiàn)在鈾酰濃度較高的區(qū)域(>1.0×10-6mol·L-1)，并且?guī)д姾傻亩嗪伺浜衔镙^易出現(xiàn)在低酸度范圍內(nèi)(圖4f，g，h，i和k)，帶負(fù)電荷的多核配合物較易出現(xiàn)在低堿度的范圍內(nèi)(圖4j)。

圖4　鈾在水溶液中的幾種化學(xué)種態(tài)隨pH和鈾酰濃度的變化規(guī)律Fig.4　Concentrations of different chemical species of uranium as a function of pH and the concentration of uranyl in aqueous solution

從上述分析可以看出，水溶液中的鈾酰離子的種態(tài)分布受到自身濃度和溶液酸度等因素的影響。這些單核和多核的配合物可以以多種形式存在。根據(jù)文獻(xiàn)報道[33-38]，其部分單核和雙核的配合物的構(gòu)型如圖5所示。

2.2.2NO3-離子對鈾化學(xué)種態(tài)的影響

圖5　文獻(xiàn)中幾種氫氧鈾酰的構(gòu)型Fig.5　Several possible configurations of uranyl hydroxide reported in ref.[33-38]

根據(jù)路易斯酸堿理論，硝酸根離子屬于“硬”的路易斯堿，并且得益于其攜帶的負(fù)電荷，表現(xiàn)出較強(qiáng)的與鈾酰離子配位的能力?，F(xiàn)有的乏燃料處理工藝一般采用硝酸對元件進(jìn)行溶解，因此硝酸根對鈾酰離子化學(xué)種態(tài)分布的影響不容忽視?；谶@樣的認(rèn)識，我們進(jìn)一步研究了在0.1 mol·L-1NO3-溶液中，特定pH值范圍內(nèi)含有不同濃度鈾(1.0×10-12、1.0×10-6、0.1、0.21 mol·L-1)的4種溶液中鈾的化學(xué)種態(tài)分布。結(jié)果如圖6所示。

圖6　鈾在0.1 mol·L-1NO3-溶液中的種態(tài)分布Fig.6　Speciation of uranium in 0.1 mol·L-1NO3-solution

在此基礎(chǔ)上，我們研究了在pH=0.5的溶液中，改變NO3-濃度對鈾的各化學(xué)種態(tài)分布的影響，如圖7所示。在較強(qiáng)的酸性條件下，鈾酰離子的水解被抑制。可以看出，在0.1 mol·L-1

圖7　鈾的種態(tài)隨不同濃度NO3-的分布情況Fig.7　Percentage of UO22+and UO2NO3+as a function of the concentration of NO3-

根據(jù)分子動力學(xué)和密度泛函理論研究[40-41]，硝酸根以二齒配體的形式與另外三分子水和鈾酰離子配位，在鈾酰離子的赤道面形成配位數(shù)為5的構(gòu)型，如圖8(a)所示。Wipff和Sieffert[40]也比較了如下圖所示的另外兩種構(gòu)型：在(b)中硝酸根仍以二齒配體配位，但鈾酰離子赤道面內(nèi)配位數(shù)為6；在(c)中硝酸根以單齒配體配位。研究發(fā)現(xiàn)，(b)和(c)均不如構(gòu)型(a)穩(wěn)定。

圖8　文獻(xiàn)[40]中比較的三種硝酸鈾酰構(gòu)型Fig.8　Three isomers of[UO2(NO3)(H2O)4]+complex reported in ref.[40]

2.2.3CO2對含NO3-溶液中鈾化學(xué)種態(tài)的影響

一些無機(jī)陰離子能與鈾酰離子配合形成相應(yīng)的配合物，如CO32-與UO22+配合可形成UO2(CO3)n2(n-1)-配離子，其配合能力[42]大小依次為CO32->OH->SO42-> Cl->NO3->I-。溶解在溶液中的CO2可以以CO32-或HCO3-的形式存在。為了研究CO2對含硝酸根離子的溶液中鈾酰離子化學(xué)種態(tài)的影響，我們采用CHEMSPEC模擬了25℃、101 kPa下CO2分壓為31.9 Pa、=0.1 mol·L-1的條件下UO22+濃度分別為1.0×10-12、1.0×10-6、0.1、0.21 mol·L-1的4種溶液中的鈾酰離子的種態(tài)分布。結(jié)果示于圖9。

圖9　CO2對4種鈾酰濃度下鈾在0.1 mol·L-1NO3-溶液中的種態(tài)分布影響Fig.9　Influence of CO2on the speciation of uranium in 0.1 mol·L-1NO3-solution

從圖9可以看出，當(dāng)鈾酰離子濃度較低(圖9a和9b)時，鈾的化學(xué)種態(tài)在pH>5.0時多以碳酸鈾酰的形式存在；當(dāng)鈾酰濃度較高(圖9c和9d)時，在較低pH值范圍內(nèi)，鈾的化學(xué)種態(tài)多以氫氧鈾酰的形式存在；而在pH>5.0時，由于鈾酰離子表現(xiàn)出強(qiáng)烈的聚合行為而生成柱鈾礦，而CO2對鈾的化學(xué)種態(tài)分布的影響很弱。

圖10　文獻(xiàn)[34,43-44]報道的一碳酸鈾酰和三碳酸鈾酰的可能結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1　0Possible conformers of UO2(CO3)(H2O)3and [UO2(CO3)3]4-reported in ref.[34,43-44]

根據(jù)計(jì)算，在較低的濃度下(圖9a)，碳酸鈾?？梢砸?種計(jì)量比的形式出現(xiàn)，即1∶1，1∶2和1∶3。在pH=6.0左右，鈾酰離子主要以一碳酸鈾酰的形式存在。隨著pH值的升高，另兩種形態(tài)先后出現(xiàn)。根據(jù)文獻(xiàn)報道[34,43-44]，碳酸根是以二齒配體與鈾酰離子配位的，其中一碳酸鈾酰和三碳酸鈾酰的構(gòu)型如圖10所示。

表3　分別含有TcO4-、I-、MoO42-的三組模型體系中TcO4-、I-、MoO42-的濃度(mol·L-1)Table 3Four concentrations(mol·L-1)of TcO4-,I-and MoO42-in three sets of model systems containing TcO4-,I-and MoO42-,respectively

圖11　Tc濃度對鈾的化學(xué)種態(tài)的影響Fig.1　1Chemical species of uranium as a function of pH values in the presence of Tc

2.3Tc、I、Mo對鈾化學(xué)種態(tài)的影響

如前所述，在低濃鈾靶輻照后除U外，主要含有裂片元素Tc、I和Mo。在通常條件下，這3種元素的主要存在形態(tài)分別是TcO4-、I-、MoO42-。在這樣的體系中，Tc和Mo有可能會形成同核或異核的雙核化合物，而I則可能表現(xiàn)出還原性。為了研究多種元素共存時的相互影響，我們建立了幾種多組分體系的模型(表3)，并重點(diǎn)分析了Tc、I、Mo的影響。在計(jì)算中，鈾酰離子、硝酸根離子等的濃度保持不變，分別為：=0.01 mol·L-1，=0.1 mol·L-1。

對于Tc，我們分析了4種濃度Tc(1.0×10-6、6.10×10-5、1.0×10-3、1.0×10-2mol·L-1)對鈾的化學(xué)種態(tài)的影響，結(jié)果示于圖11。可以看出，當(dāng)pH<3.0，鈾酰在溶液中主要存在兩種種態(tài)：UO22+、[UO2NO3]+；4.0

圖12是鈾的各化學(xué)種態(tài)隨pH和TcO4-濃度的變化情況?？梢钥闯?，隨著pH的增大，種態(tài)UO22+所占比例逐漸減少(圖12a)，種態(tài)[(UO2)3(OH)5]+、[(UO2)3(OH)7]+所占比例逐漸增大(圖12e，f),種態(tài)[(UO2)2OH]3+、[(UO2)2(OH)2]2+、[(UO2)2(OH)4]2+和[UO2NO3]+所占比例先增大后減小(圖12b，c，d和g)。

對于I和Mo，通過比較4種濃度I和4種濃度Mo下鈾的各化學(xué)種態(tài)的分布發(fā)現(xiàn)，鈾的各化學(xué)種態(tài)隨pH值和/C濃度的變化規(guī)律與Tc對鈾的化學(xué)種態(tài)分布的影響基本相似，表明在所研究的濃度范圍內(nèi)，對鈾酰的種態(tài)分布沒有顯著影響，并不與鈾酰離子形成雙核復(fù)合物，而碘離子也不具備將鈾酰離子還原的能力。因篇幅所限，結(jié)果列于支持材料(Supporting Information，F(xiàn)ig.S1 and Fig.S2)中。

圖12　鈾的各化學(xué)種態(tài)隨pH值和Tc濃度的變化規(guī)律Fig.1　2Percentages of chemical species of uranium as a function of pH value and the concentration of Tc

3　結(jié)論

本文利用北京大學(xué)核環(huán)境化學(xué)課題組開發(fā)的化學(xué)種態(tài)分析軟件CHEMSPEC計(jì)算了低濃縮鈾靶輻照后溶液中U的化學(xué)種態(tài)分布及主要裂變元素對U種態(tài)的影響，綜合分析了溶液pH值對鈾酰各種態(tài)的影響，得到了與已報道的實(shí)驗(yàn)和理論研究一致的定性結(jié)果。主要有以下幾點(diǎn)：

(1)在水溶液中，隨著鈾酰濃度的增大，溶液中將會生成柱鈾礦沉淀和多核配合物；鈾酰濃度越大，多核配合物出現(xiàn)的范圍越向低pH值移動，且多核配合物一般出現(xiàn)在鈾酰濃度較高的溶液中；

(2)在較強(qiáng)酸度條件下，隨著體系NO3-濃度的增大，溶液中主要存在兩種鈾的化學(xué)種態(tài)：UO22+和[UO2NO3]+，其中UO22+所占比例不斷減少，[UO2NO3]+不斷增加。但在較高pH值條件下，鈾酰離子因水解反應(yīng)而很難再與硝酸根生成配合物。

(3)CO2對不同濃度鈾的種態(tài)分布影響結(jié)果表明，當(dāng)鈾酰濃度較低時，鈾的化學(xué)種態(tài)多以碳酸鈾酰的形式存在；當(dāng)鈾酰濃度較高時，鈾的化學(xué)種態(tài)多以氫氧鈾?；蛑櫟V的形式存在。隨著鈾酰濃度的增大，CO2對鈾的化學(xué)種態(tài)分布的影響越來越弱。

(4)鈾靶主要裂變產(chǎn)物Tc、I、Mo在濃度小于0.01 mol·L-1且分別以TcO4-、I-、MoO42-等形態(tài)存在時，其濃度變化均不會影響鈾的化學(xué)種態(tài)分布。

上述結(jié)果主要基于低濃鈾靶輻照這一應(yīng)用背景，采用CHEMSPEC程序計(jì)算得到。

致謝：感謝北京大學(xué)核環(huán)境化學(xué)課題組提供CHEMSPEC程序。

Supporting information is available at http://www.wjhxxb.cn

[1]Travelli A.Proceeding of the 19th International Meeting on Reduced Enrichment for Research and Test Reactors.Seoul, Korea,1996:4-8

[2]Matos J E.Proceeding of the 25th International Meeting on Reduced Enrichment for Research and Test Reactors,RERTR -2003.Chicago,Illinois,2003:1-8

[3]Yanagisawa K,Fujishiro T.J.Nucl.Sci.Technol.,1995,32 (10):981-988

[4]Keilser D,Robinson A,Jue J.F,et al.J.Nucl.Mater.,2009, 393(2):311-320

[5]Izhutov A L,Alexandrov V V,Novosyolov A Y,et al.Proceedings of International Meeting on RERTR-2010.Lisbon, Portugal,2010:10-15

[6]Moore G A,Rabin B H,Jue J F,et al.Proceedings of International Meeting on RERTR-2010.Lisbon,Portugal,2010: 1-5

[7]SUN Rong-Xian(孫榮先),XIE Huai-Ying(解懷英).At.Energ. Sci.Technol.(原子能科學(xué)技術(shù)),2011,45(7):847-851

[8]KANG Ya-Lun(唐亞倫).At.Energ.Sci.Technol.(原子能科學(xué)技術(shù)),2003,37(Suppl.):21-23

[9]Omar H,Ghazi N,Hainoun A.Prog.Nucl.Energy,2012,60: 140-145

[10]Bokhari I,Pervez S.Nucl.Eng.Des.,2010,240:123-128

[11]Albarhoum M.Prog.Nucl.Energy,2010,52:809-812

[12]Albarhoum M.Ann.Nucl.Energ.,2010,37:1351-1355

[13]Albarhoum M.Prog.Nucl.Energy,2010,52:536-540

[14]Mahmaood T,Pervez S,Iqbal M.Ann.Nucl.Energ.,2008, 35:1440-1446

[15]Bokhari I.Ann.Nucl.Energ.,2004,31:1265-1273

[16]KANG Ya-Lun(唐亞倫),ZHANG Ai-Min(張愛民),ZHANG Ying-Chao(張應(yīng)超).At.Energ.Sci.Technol.(原子能科學(xué)技術(shù)),2005,39(Suppl.):99-103

[17]Omar H,Ghazi N,Hainoun A.Prog.Nucl.Energy,2012,60: 140-145

[18]Youker A J,Chung P L,Tkac P,et al.Proceedings of the 1st Annual Mo-99 Topical Meeting.Santa Fe,New Mexico, 2011:1-12

[19]Leonard R A,Chen L,Mertz C J,et al.Proceeding of the 19th International Enrichment for Research and Testing Reactors Meeting.Seoul,Korea,1996:6-10

[20]Mahmood T,Iqbal M.Ann.Nucl.Energ.,2012,42:175-178

[21]Vandegrift G F,Conner C,Aase S,et al.Proceedings of the 6th International Topical Meeting,Research Reactor Fuel Management(RRFM).Ghent,Belgium,2002:11-17

[22]Steven C,Arjan J,Kevin E.Eur.J.Nucl.Med.Mol.,2010, 37:1817-1820

[23]Vandegrift G,Conner C,Hofman G.et al.Ind.Eng.Chem. Res.,2000,39:3140-3145

[24]Matthews K,Bowyer T,Saey P,et al.J.Environ.Radioact., 2012,110:1-6

[25]WANG Xiang-Yun(王祥云),CHEN Tao(陳濤),LIU Chun-Li (劉春立).Sci.China:Ser.B.(中國科學(xué)B輯:化學(xué)),2009, 39(11):1551-1562

[26]ZHU Jian-Bo(朱建波),WANG Xiang-Yun(王祥云),CHEN Tao(陳濤),et al.Sci.China:Chem.(中國科學(xué):化學(xué)),2012, 42(6):856-864

[27]CHEN Tao(陳濤),WANG Xiang-Yun(王祥云),TIAN Wen-Yu(田文宇),et al.Acta Phys.-Chim.Sin.(物理化學(xué)學(xué)報), 2010,26(4):811-816

[28]Korichi S,Bensmaili A.J.Hazard.Mater.,2009,169(1):780-793

[29]Markich S.Sci.World J.,2002,2:707-729

[30]Clark D,Conradson S,Donohoe R,et al.Inorg.Chem.,1999, 38(7):1456-1466

[31]Priyadarshini N,Sampath M,Kumar S,et al.J.Radioanal. Nucl.Chem.,2013,298(3):1923-1931

[32]Zanonato P,Di Bernardo,Grenthe I.Dalton Trans.,2014,43 (6):2378-2383

[33]Li B,Matveev A,Krüger S,et al.Comput.Theo.Chem.,2015, 1051:151-160

[34]Vallet V,Wahlgren U,Grenthe I.J.Phys.Chem.A,2012, 116(50):12373-12380

[35]Chien W,Anbalagan V,Zandler M,et al.J.Am.Soc.Mass Spectr.,2004,15(6):777-783

[36]Rios D,Michelini M,Lucena A,et al.Inorg.Chem.,2012, 51(12):6603-6614

[37]Tsushima S,Reich T.Chem.Phys.Lett.,2001,347(1):127-132

[38]McGrail B,Pianowski L,Burns P.J.Am.Chem.Soc.,2014, 136(13):4797-4800

[39]Suleimenov O,Seward T,Hovey J.J.Solution Chem.,2007, 36(9):1093-1102

[40]Sieffert N,Wipff G.Dalton Trans.,2015,44:2623-2638

[41]Kumar N,Seminario J.J.Phys.Chem.A,2015,119(4):689-703

[42]KANG Ming-Liang(康明亮),JIANG Mei-Ling(蔣美玲), YANG Zhuan-Wei(楊顓維),et al.J.Nucl.Radiochem.(核化學(xué)與放射化學(xué)),2013,35(3):160-166

[43]Balboni E,Morrison J,Wang Z,et al.Geochim.Cosmochim. Acta,2015,151:133-149

[44]Pan H,Liao W,Wai C,et al.Dalton Trans.,2014,43(28): 10713-10718

Effect of Low-Enriched Uranium Targets Irradiation on Major Fission Elements and Uranium Speciation

LAN Tu1,2LIU Zhan-Xiang1LI Xing-Liang1,3LIAO Jia-Li＊,1LUO Shun-Zhong3YANG Yuan-You1CHAI Zhi-Fang2,4LIU Ning1WANG Dong-Qi＊,2
(1Key Laboratory of Radiation Physics and Technology(Sichuan University),Ministry of Education; Institute of Nuclear Science and Technology,Sichuan University,Chengdu 610064,China)
(2CAS Key Laboratory of Nuclear Radiation and Nuclear Techniques,Multidisciplinary Initiative Center, Institute of High Energy Physics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China)
(3Institute of Nuclear Physics and Chemistry,China Academy of Engineering Physics,Mianyang,Sichuan 621900,China)
(4School of Radiation Medicine and Interdisciplinary Sciences(RAD-X),Soochow University,Suzhou,Jiangsu 215123,China)

The speciation of uranium and effect of major fission products after low-enriched uranium targets being irradiated and solvated were analyzed using the geochemical program CHEMSPEC.The results indicate that the speciation of uranium in water is determined by pH value and the concentration of uranyl,and polynuclear complexes may be generated at high concentration of uranyl.Nitrate anion in the solution may interact with uranyl,and at high concentration of nitrate,uranyl exists as UO22+and UO2NO3+.The presence of CO2at low concentrations of uranium brings substantial distribution uranyl carbonate,while this is negligible at highconcentration of uranyl due to heavy hydrolysis and aggregation of uranyl.The calculations also show that the major fission products,Tc,I,and Mo,do not affect the speciation of uranium when their concentrations are below 0.01 mol·L-1and when they exist as TcO4-,I-,MoO42-.

speciation;CHEMSPEC;uranium;fission element;irradiation

O642.5；O615.11

A

1001-4861(2015)09-1774-11

10.11862/CJIC.2015.245

2015-04-10。收修改稿日期：2015-06-21。

國家自然科學(xué)基金委員會和中國工程物理研究院聯(lián)合基金(NSAF，No.U1330125)、國家基礎(chǔ)科學(xué)人才培養(yǎng)基金·特殊學(xué)科點(diǎn)資助項(xiàng)目(No.J1210004)、國家自然科學(xué)基金委員會(No.91026000)、中國科學(xué)院百人計(jì)劃(No.Y2291810S3)資助項(xiàng)目。

＊通訊聯(lián)系人。E-mail：liaojiali@scu.edu.cn，Tel：+86-28-85412613，dwang@ihep.ac.cn，Tel：+86-10-88236606