摘要：采用普瑞GC-9280系列氣相色譜法測定燃料元件裂變氣體中氪、氙的含量。用100°C的填充5A分子篩的不銹鋼色譜柱分離，熱導監測器監測。氪和氙的體積均在0.3∽100μL范圍內與其峰面積呈線性關系，方法的檢出限（3S/N）均為0.03μL。氪、氙的加標回收率分別為98.0%，98.7%，測定值的相對標準偏差（n=6）分別為1.0%，1.1%。方法用于國產燃料元件裂變氣體的分析，結果表明：所測試燃料元件中釋放氪、氙氣體含量分別在3.33∽39.52μL和25.19∽288.80μL之間，氙與氪的體積比在6.7∽7.6之間。

⁸⁵Kr^m、⁸⁵Kr、⁸⁷Kr、⁸⁸Kr、¹³³Xe^m、¹³³Xe、¹³⁵Xe^m、¹³⁵Xe、¹³⁸Xe等氪和氙變氣體是核燃料中的²³⁵U第核素在列變過程中產生的，大部分積貯在輻照后燃料元件芯塊內，少部分釋放到芯塊與包殼間的空隙里。 裂變氣體會引起燃料芯塊輻照腫脹，增加元件內壓，降低燃料元件的傳熱性能，研究它的行為是反應堆元件設計和安全運行的重要課題。

準確測量燃料元件所釋放出 來的氪、氙氣體各自的總含量，對確定氙／氪比、裂變氣體釋放率以及與燃耗的關系非常重要。 不同的燃料芯塊、不同的制作工藝、不同的燃耗值和不同的 ²³⁵Ｕ豐度所產生的裂變氣體總量和裂變氣體釋放率均有很大差別。國家“九五”規劃中的高性能燃料元件 ３×３－２ 小組件中平均燃耗31GW • d／t的老元件裂變氣體釋放率約２０％^[2]，平均燃耗6.5GW • d／t的新元件裂變氣體釋放率約４％ ；而某二氧化鈾燃料元件隨燃耗的不同，氪和氙的釋放率分別僅為0.10%～0.34%和0.12%～0.38%^[38]。對刺破燃料元件后 釋放來的裂變氣體含量進行準確的分析，通過裂變氣體釋放率反映出氣體釋放的難易程度，結合燃料元件的幾何尺寸、²³⁵U豐度和燃耗值等其他信息，可以獲得有價值的細節信息，如燃料芯塊有裂紋會導致裂變氣體釋放率大幅增加，包殼破損的燃料元件則會出現異常低的裂變氣體含量等信息。

雖然⁸⁵Kr、¹³³Xe、¹³⁵Xe等裂變氣體核素均有放射性，會放射出β射線、γ射線等，專用的核探測儀表對其分析靈敏度很高^[4]， 但真實的裂變氣體樣品較復雜，不僅多種核素混在一起,且各個放射性核素的半衰期和轉化方式也有很大不同，對裂變氣體氪、氙的總量進行定量分析時，氣相色譜法是分析燃料元件釋放的裂變氣體氪、氙總含量的基本方法^[5-6]。

本工作采用氣相色譜法對燃料元件裂變氣體氪、氙總含量進行定量分析。

1、 實驗部分

1.1儀器與試劑

普瑞GC-9280型氣相色譜儀，配配熱導檢測器（TCD）,10mLＬ 閥式氣相色譜注射器；78.39mL玻璃采樣器。

氪、氙標準氣純度均不小于99.995%。

1.2色譜條件

自裝色譜柱，將粒徑0.2-0.3ｍｍ的5A分子篩再次過篩后放入馬弗爐中 ，于330°C烘4h，置于干燥器中冷卻至常溫。在負壓下將分子篩加入柱子，把色譜柱接入氣相色譜儀，并在330°C下老化6h。

柱溫100°C；進樣口溫度120℃ ；檢器溫度120℃；熱絲溫度220℃ ；載氣為氦氣（純度不小于99.995%）流量30mL• min^-1參考氣流量30mL• min^-1；尾吹氣流量10mL• min^-1； 增 益1倍； 基線波動小于９μＶ•ｈ^-１ ；進樣方式為注射器手動進樣，進樣量為0.3～100μL。

1.3實驗方法

1.3.1樣品的獲取

在熱室內 利用專門的打孔工具對燃料元件棒刺孔，用專門的裂變氣體釋放和收集裝置將元件內氣體收集在玻璃采樣器內，供氣相色譜分析。

1.3.2樣品測定

按色譜條件分別分析氪、氙標準氣50μＬ，檢查儀器狀態閥式氣相色譜注射器， 將閥打開，刺入玻璃采樣器并抽取氣體樣品（每次抽至注射器１０ｍＬ刻度），關閥后從玻璃采樣器中抽出，針頭插入色譜進樣口后將閥打開，迅速將樣品注入。完成本次分析后重復上述操作，對玻璃采樣器內剩余氣體樣品再進行兩次取樣和分析。

1.3.3數據處理

根據所測樣品的峰面積，利用氪、氙標準氣體的線性關系計算出體積，再除以樣品的分取比，即可得出玻璃采樣器內 氪、 氙樣品各自的總體積。結合玻璃采樣器的內部氣壓，即 得玻璃采樣器內裂變氣體氪、氙的百分含量。

樣品的分取比公式為：

式中：K_n為第n次取樣時的樣品分取比;V₁ 為玻璃采樣器的體積，78.39ｍＬ；V₂為閥式氣密性注射器每次抽取的體積，10ｍＬ。

玻璃采樣器中氪、氙體積計算公式為：

式中：V_樣為玻璃采樣器中氪或氙的體積，μＬ ；Ｓ_樣為樣品的峰面積；Ｓ_標為標準氣氪或氙的峰面積；Ｖ_標為標準氣氪或氙的體積，μＬ 。

玻璃采樣器中氪、氙百分含量計算公式為：

式中 ：Ａ_樣為玻璃采樣器中氪或氙的體積分數，％；V₀為標準狀況下玻璃采樣器內的氣體體積，μＬ。

根據分取比式(1)玻璃采樣器的體積為78.39mL,可知每個樣品 的第Ｎ ＋１ 次峰面積與第

Ｎ次峰面積之比約為８比９ 。在測量中利用該比值可以判斷同一個樣品連續進樣的可靠性，若連續３次進樣測量結果均符合該比例關系，則可認為氣相色譜法對該樣品的分析測量是穩定可靠的。