ISO 13464:1998

Simultaneous determination of uranium and plutonium in dissolver solutions from reprocessing plants - Combined method using K-absorption edge and X-ray fluorescence spectrometry

Dosage simultané de l'uranium et du plutonium dans les solutions de dissolution des usines de retraitement — Méthode combinée de spectrométrie d'absorption K et de fluorescence X

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 08-Apr-1998
• ICS: 27.120.30 - Fissile materials and nuclear fuel technology
• Technical Committee: ISO/TC 85/SC 5 - Nuclear installations, processes and technologies
• Drafting Committee: ISO/TC 85/SC 5 - Nuclear installations, processes and technologies
• Current Stage: 9093 - International Standard confirmed
• Start Date: 13-Jan-2025
• Completion Date: 13-Dec-2025

Overview

ISO 13464:1998 specifies a nondestructive, combined K‑absorption edge (K‑edge) and X‑ray fluorescence (XRF) method for the simultaneous determination of uranium (U) and plutonium (Pu) volumetric concentrations in nitric‑acid dissolver/feed solutions from reprocessing plants. The procedure is designed to operate directly on original feed solutions (typical ranges ~150–300 g·L−1 U and ~1–2.5 g·L−1 Pu) in the presence of fission products (up to ~10 TBq·L−1 β,γ activity).

Keywords: ISO 13464:1998, K‑absorption edge, K‑edge densitometry, X‑ray fluorescence (XRF), uranium plutonium determination, nondestructive assay, reprocessing plant dissolver solutions.

Key topics and technical requirements

• Measurement principle: irradiate a small sample (≈3–5 mL) with a high‑energy X‑ray continuum (up to ≈150 keV).
  • K‑edge densitometry (KED) measures abrupt attenuation change across the uranium K‑absorption edge (E ≈ 115.6 keV) to determine uranium concentration.
  • XRF measures the U/Pu Kα X‑ray intensity ratio to obtain the U/Pu mass ratio; plutonium concentration is then calculated from the uranium result and the ratio.
• Instrumentation: two high‑resolution HPGe detectors, fast pulse processing, computer‑based MCA, and a 3 kW X‑ray tube (typical rating ~150 kV/10–15 mA). HPGe specs: active area ~100–200 mm2, depletion depth ~10–13 mm, resolution ≤0.6 keV FWHM at 122 keV.
• Geometry & shielding: tightly controlled tube‑to‑sample distance (≈6.5 cm), specific detector/collimator angles (Θ ≥ 150°), and limited K‑edge detector solid angle (Ω < 10−4 sr) to reduce scattering and self‑radiation effects.
• Sample handling: thin‑walled cuvettes or cylindrical vials (pathlength ≈1.5–2.5 cm) with strict control of effective pathlength and lateral positioning.
• Calibration & quality: procedure includes instrument calibration, bias correction factors and uncertainty evaluation. Counting time and tube settings are chosen to meet required repeatability.

Practical applications and users

• Process monitoring and control in nuclear reprocessing plants - rapid, nondestructive assays of dissolver feed solutions.
• Nuclear material accountancy and safeguards - independent verification of U and Pu mass in feed streams.
• Hot‑cell or glovebox assay laboratories and providers of nondestructive assay (NDA) instrumentation.
• Regulatory and safeguards agencies that require standardized, traceable measurement methods for U/Pu in reprocessing contexts.

Related standards

• Prepared by ISO/TC 85 (Nuclear energy), Subcommittee 5 (Nuclear fuel technology). For broader context, refer to other ISO standards and guidance on nuclear fuel assay, nondestructive assay methods and uncertainty evaluation published by ISO/TC 85 and IAEA documents on safeguards (consult respective catalogs).

ISO 13464:1998 is a practical reference when implementing high‑precision, nondestructive U/Pu assays using combined K‑edge densitometry + XRF techniques in reprocessing and safeguards environments.

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 13464
First edition
1998-04-01
Simultaneous determination of uranium and
plutonium in dissolver solutions from
reprocessing plants — Combined method
using K-absorption edge and X-ray
fluorescence spectrometry
Dosage simultané de l'uranium et du plutonium dans les solutions de
dissolution des usines de retraitement — Méthode combinée de
spectrométrie d'absorptiométrie K et de fluorescence X
A
Reference number
Contents
1 Scope .1
2 Principle.1
3 Apparatus .1
4 Operating procedure .5
5 Method of calculation.6
6 Calibration .8
7 Bias correction factors.10
8 Measurement uncertainty .11
Annex A (informative) Bibliography .13
©  ISO 1998
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced
or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and
microfilm, without permission in writing from the publisher.
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Printed in Switzerland
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© ISO
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO
member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical
committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in
liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical
Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.
Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
International Standard ISO 13464 was prepared by Technical Committee ISO/TC 85, Nuclear energy,
Subcommittee 5, Nuclear fuel technology.
Annex A of this International Standard is for information only.
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INTERNATIONAL STANDARD  © ISO ISO 13464:1998(E)
Simultaneous determination of uranium and plutonium in dissolver
solutions from reprocessing plants — Combined method using
K-absorption edge and X-ray fluorescence spectrometry
1 Scope
This International Standard specifies a nondestructive method for the simultaneous determination of volumetric
uranium and plutonium concentrations in nitric acid feed solutions from reprocessing plants. The method is directly
-1 -1
applicable, without interference, to the original feed solution, which typically contains about 150 g⋅l to 300 g⋅l
-1 -1
uranium and 1 g⋅l to 2,5 g⋅l plutonium in the presence of fission products with a total ß,γ-activity of up to
-1
10 TBq⋅l .
2 Principle
A sample vial containing about 3 ml to 5 ml of the feed solution is irradiated with a suitably filtered X-ray continuum
from an X-ray tube. The X-ray continuum must include X-ray energies up to about 150 keV, and the maximum of its
intensity distribution should occur at an energy above 100 keV.
The attenuation of a highly collimated X-ray beam, crossing a well-defined pathlength of solution in the vial, is
measured with a HPGe detector below and above the K-absorption edge energy of uranium (E = 115,6 keV). The
K
underlying K-edge densitometry (KED) method determines the uranium concentration from the abrupt change of the
photon attenuation across the K-absorption edge.
At the same time a second HPGe detector, viewing a larger portion of the sample, measures the intensity ratio of
fluoresced Kα X-rays from uranium and plutonium. This X-ray fluorescence (XRF) measurement determines the
U/Pu element ratio. The plutonium concentration is calculated from the measured values for the uranium
concentration and the U/Pu ratio. The advantage of this XRF method arises from the fact that it is totally based on
intensity ratio measurements. Further details on the measurement principle can be found in [1].
3 Apparatus
3.1 Components
3.1.1  Advanced standard spectroscopy equipment for high-resolution gamma spectroscopy including two
HPGe detectors, electronics for fast pulse processing, and a computer-based multichannel analyzer for spectrum
acquisition and evaluation.
3.1.2  X-ray equipment with X-ray tube, high voltage power supply, operating console and a circuit for water
cooling.
3.1.3  Mechanics including beam collimators, shielding materials, adjustment device for the X-ray tube, and a
system for transferring the sample into a defined position in the spectrometer.
A block diagram of the instrument components is shown in figure 1.
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Key:
1 X-ray tube 7 Main amplifier
2 H.V. generator 8 ADC
3 Water cooling 9 Ratemeter
4 HPGe detecto XRF 10 Stabilizer
5 HPGe detector K-edge 11 MCA and PC system
6 H.V.
Figure 1 — Block diagram of the instrument components
3.2 Geometric arrangement
The geometric arrangement (see figure 2) shall satisfy three basic requirements:
a) The distance D between X-ray tube and sample shall be kept as short as technically feasible (D ≈ 6,5 cm) in
order to achieve the highest possible flux of X-rays from the tube at the sample position (integrated flux of
10 -2 -1
X-rays with energies from 115 keV to 150 keV ≈ 5 · 10 photons⋅cm ⋅s ).
b) The angle Θ between primary X-ray beam and collimator axis directed towards the XRF detector shall take
values Θ ≥ 150° in order to shift inelastically scattered radiation out of the energy region of analysis in the XRF
spectrum.
c) The solid angle subtended by the collimator between sample and K-edge detector shall be limited to values
-4
Ω < 10 sr in order to minimize elastic scattering towards the detector.
The transfer of the sample into the spectrometer can be accomplished either horizontally by means of a suitably
designed sample conveyor system coupled to a shielded glovebox or hot cell facility (as indicated in figure 2), or
vertically through a pneumatic sample transfer system.
© ISO
The material thickness of the containment of the sample transfer system in the area of the incoming and outgoing
X-ray beams shall be properly adapted to ensure an optimum signal rate for the XRF measurement. For a
containment made of stainless steel, the window thickness, d, should be reduced to about 0,05 cm. If aluminium is
used as containment, a window thickness, d, of up 0,4 cm is acceptable.
Dimensions in centimetres
Key:
1 Access to shielded glovebox 8 HPGe detector for KED
2 Shielding 9 HPGe detector for XRF
3 10 Collimator (W) L > 10
X-ray tube, ˘ < 5
4 Filter (Cd), d ; 0,1 11 Containment of sample transfer system
5 Collimator (W) 12 Sample conveyor
6 Filter (Fe), d ; 2 13 Shielding
7 Collimator (W) L > 10 14 Window of containment of sample transfer system; for XRF
measurements d ≈ 0,05 (stainless steel) or d < 0,4 (aluminium)
Figure 2 — Principle geometric arrangement.
3.3 Specifications
3.3.1 X-ray system
A 3 kW X-ray unit providing maximum ratings of 160 kV/19 mA, preferably equipped with a metal-ceramic X-ray
tube of smallest possible diameter (≤ 5 cm) along the radiation window section to allow a shortest possible distance
between focus and sample, thus minimizing interferences from fission products. Stability of the high-voltage supply
-1
≤ 0,1 %. High-voltage and tube current continuously adjustable. Water cooling at a minimum flowrate of 4 l⋅min is
required.
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3.3.2 Detectors
True planar or pseudoplanar-type HPGe detectors in standard horizontal dipstick cryostate. Active detector area
2 2
100 mm to 200 mm , depletion depth 10 mm to 13 mm. Detector coupled to an RC feedback preamplifier with an
-1
energy rate limit of about 20 GeV⋅s . Energy resolution ≤ 0,6 keV FWHM at 122 keV at an input pulse rate of 5 3
4 -1
10 counts⋅s .
3.3.3 Pulse processing chain
Fast-pulse processing equipment with a typical processing time of about 5 μs, ensuring throughput rates ≥ 60 % at
4 -1
input rates of 5 3 10 countss . Pulse processor equipped with an effective pulse pile-up rejection circuit.
⋅
Conventional amplifiers with near-Gaussian filter shaping should be operated at a shaping time constant of 1 μs.
NOTE It is recommended to include into the electronic chain of the K-edge detector a dual-point digital stabilizer for zero
and gain stabilization in order to simplify the data evaluation procedure. The reference lines for stabilization may be obtained
from a suitable radioactive source such as Cd (E = 22 keV and 88 keV). A source activity of about 0,5 MBq to 1 MBq will be
sufficient when the source is located near the detector.
3.3.4 Data acquisition system
Advanced computer-based multichannel analyzer system providing two independent input channels with direct
memory access for digitized data. Memory size ≥ 16 MB.
3.3.5 Sample container
Both cylindrical vials and rectangular cuvettes are suitable. The optimum inner diameter or cell length is in the range
of 1,5 cm to 2,5 cm. The wall thickness of the sample container should be kept as thin as possible at the level of the
incident X-ray beam in order to minimize the intensity of scattered radiation for the XRF measurement. The vertical
sample position and the filling height shall ensure a solution layer extending at minimum from about 0,5 cm below to
0,5 cm above the level of the incident X-ray beam.
The K-edge measurement critically depends on the effective pathlength of solution crossed by the X-ray beam. This
geometrical parameter shall be carefully controlled, because its uncertainty propagates directly into the
measurement result. The preferred types of sample vial are standard spectroscopy glass cells with exactly known
cell length. If cylindrical samples are used, the tolerances for lateral displacements relative to the X-ray beam axis
shall be limited to meet a certain degree of measurement accuracy. For guidance refer to figure 3. Further,
cylindrical sample containers should be perfectly circular to make the measurement result independent of the
azimuthal position of the sample.
Figure 3 — Effect of lateral displacements on the KED result for cylindrical samples with different inner
diameter ∅
i
© ISO
3.3.6 Collimators and beam filters
Collimators should be made from high-density heavy metal (for example tungsten). The aperture of the primary
collimator next to the X-ray tube shall allow the irradiation of the full sample section seen by the XRF detector (see
figure 2). Use a primary beam filter of about 0,1 cm Cd (or equivalent material) to reduce the intensity of low-energy
X-rays.
Choose the length L of the collimators in front of the K-edge and XRF detector to be ≥ 10 cm to provide sufficient
-4
shielding against self-radiation from the feed solution. The condition Ω ≤ 10 sr for the K-edge collimator (see 3.2)
will be met with collimator hole diameters 0,1 cm.
≤
Adjust the length of the beam filter in the K-edge collimator (≈ 2 cm of stainless steel or equivalent, see figure 2) to
-1 4 -1
yield, with a sample containing about 250 g U⋅l , a total counting rate of ≈ 2 · 10 counts⋅s in the K-edge detector
at the nominal X-ray tube rating of 150 kV/15 mA.
Adjust likewise, under the same conditions, the collimator diameter for XRF to yield a total counting rate of

4 -1
≈ (3,5 to 4) · 10 counts⋅s in the XRF detector. Typical collimator diameters are about 0,25 cm.
3.4 Instrument settings
Accumulate both the K-edge and XRF spectra into two K channels.
Adjust the amplifier gain to cover energy ranges in both spectra from zero up to about 170 keV, corresponding to a
conversion gain of approximately 80 eV to 85 eV per channel.
Adjust the vertical position of the X-ray tube to yield maximum counting rate in the K-edge detector.
Operate the X-ray tube at a high voltage of about 150 kV, and set the tube current to about 15 mA.
The actual value of the high voltage supplied to the X-ray tube shall be not exactly equal to 150 kV. Deviations of
about ± 2 kV from this value are acceptable for the voltage setting. However, once selected, the high voltage setting
shall be kept constant within about 0,1 % for all measurements. The high voltage can be monitored from the
endpoint energy of the X-ray continuum measured with the K-edge detector. Small changes in the tube current will
not affect the measurement, because both the K-edge and XRF method are based on intensity ratio measurements.
4 Operating procedure
Perform an initial instrument calibration as described in clause 6.
Introduce by means of the adopted system for sample transfer the feed solution sample in its appropriate sample
container (see 3.3.5) into a defined measurement position in the spectrometer.
Run the X-ray tube at the adopted ratings (150 kV/10 mA to 15 mA).
Initiate the simultaneous acquisition of spectra from the K-edge and XRF detector. Make sure that the digital
stabilizer for the K-edge electronics is properly stabilizing on the selected reference lines.
Choose the counting time according to the desired uncertainty level for repeatability. The expected standard
deviations (s) of results from repeated measurements with counting time t (t = live time, in seconds) are for
-1 -1
representative feed solutions (250 g U⋅l and 2 g Pu⋅l ) as follows :
s(%) ≈02, 5⋅ for [U] from KED, and
t
s(%) ≈ 08, ⋅ f
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 13464
Première édition
1998-04-01
Dosage simultané de l'uranium et du
plutonium dans les solutions de
dissolution des usines de retraitement —
Méthode combinée de spectrométrie
d'absorptiométrie K et de fluorescence X
Simultaneous determination of uranium and plutonium in dissolver
solutions from reprocessing plants — Combined method using
K-absorption edge and X-ray fluorescence spectrometry
A
Numéro de référence
Sommaire
1 Domaine d’application .1
2 Principe.1
3 Appareillage .1
4 Mode opératoire.6
5 Mode de calcul .6
6 Etalonnage.9
7 Facteur de correction d'erreur.11
8 Incertitudes de mesure.12
Annexe A (informative) Bibliographie .14
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Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publi-
cation ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun pro-
cédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord
écrit de l'éditeur.
Organisation internationale de normalisation
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© ISO ISO 13464:1998(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour
vote. Leur publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités
membres votants.
La Norme internationale ISO 13464 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 85, Énergie nucléaire, sous-
comité SC 5, Technologie du combustible nucléaire.
L’annexe A de la présente Norme internationale est donnée uniquement à titre d’information.
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NORME INTERNATIONALE  © ISO ISO 13464:1998(F)
Dosage simultané de l'uranium et du plutonium dans les solutions
de dissolution des usines de retraitement — Méthode combinée de
spectrométrie d'absorptiométrie K et de fluorescence X
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale prescrit une méthode non destructive qui permet de déterminer simultanément la
concentration de l'uranium et du plutonium dans les solutions nitriques d'entrée des usines de retraitement des
combustibles irradiés. La méthode est directement applicable, sans interférences, à la solution de dissolution

-1 -1 -1 -1
d'origine qui contient normalement entre 150 g⋅l et 300 g⋅l d'uranium et entre 1 g⋅l et 2,5 g⋅l de plutonium, en
-1
présence de produits de fission dont l'activité peut atteindre 10 TBq⋅l .
2 Principe
Une prise d'échantillon de 3 ml à 5 ml de solution de dissolution est irradiée par un rayonnement X convenablement
filtré, généré par un tube à rayons X. L'énergie du continuum doit aller jusqu'à 150 keV au moins, avec un maximum
de distribution des intensités autour de 100 keV.
L'atténuation du faisceau de rayons X fortement collimaté et traversant la solution dans la cellule de mesure sur une
distance parfaitement définie, est mesurée au moyen d'un détecteur Germanium hyper pur (HPGe) en dessous et
au-dessus de l'énergie de la raie d'absorption K de l'uranium (E = 115,6 keV). La méthode d'absorptiométrie
K
gamma permet de déterminer la concentration de l'uranium à partir du décrochement de la courbe d'atténuation
photonique au niveau du seuil d'énergie d'absorption K.
Simultanément, un deuxième détecteur HPGe ayant un angle d'ouverture permettant de scruter une plus grande
partie de l'échantillon, mesure le rapport des intensités des raies de fluorescence X Ka de l'uranium et du
plutonium. Cette mesure de fluorescence X permet la détermination du rapport des éléments U et Pu. La
concentration du plutonium est calculée à partir des valeurs mesurées de la concentration d'uranium et du rapport
U/Pu. L'avantage de cette méthode de fluorescence X réside dans le fait qu'elle est entièrement basée sur des
mesures de rapports d'intensité. Des détails complémentaires relatifs au principe de la mesure peuvent être trouvés
dans la référence [1].
3 Appareillage
3.1 Composants
3.1.1 Installation standard de spectrométrie gamma haute résolution, comprenant deux détecteurs
germanium hyper pur (un détecteur pour la mesure d'absorptiométrie X et un détecteur pour la mesure de
fluorescence), une électronique associée permettant le comptage d'impulsions rapides et un analyseur multicanaux
piloté par ordinateur pour l'acquisition et l'exploitation des spectres.
3.1.2 Appareillage de rayons X, composé d'un tube à rayons X, d'un générateur de haute tension, d'un pupitre de
commande et d'un circuit de refroidissement.
3.1.3 Partie mécanique, comprenant les collimateurs de faisceaux, le blindage, le système de réglage du tube à
rayons X ainsi qu'un système permettant le transfert de l'échantillon dans la position de mesure.
Un schéma de l'installation de l’appareillage est présenté à la figure 1.
Légende:
1 Tube à rayons X 7 Amplificateur
2 Générateur H.T. 8 Codeur
3 Système de refroidissement 9 Ictomètre
4 Détecteur HPGe XRF 10 Stabilisateur
5 Détecteur HPGe K-edge 11 Analyseur multicanaux programmable
6 H.T.
Figure 1 — Schéma d'installation de l'appareillage
3.2 Montage géométrique
Le montage géométrique (voir figure 2) doit remplir trois conditions fondamentales:
a) la distance D entre le tube à rayons X et l'échantillon doit être aussi petite que possible techniquement
(D » 6.5 cm) de manière à obtenir le flux de rayons X le plus intense possible au niveau de l'échantillon (flux
⋅
10 -2 -1
intégré du rayonnement X, pour les énergies de 115 keV à 150 keV, voisin à 5 × 10 photons⋅cm s );
b) l'angle Θ entre le faisceau de rayons X primaire et l'axe du collimateur dirigé vers le détecteur de fluorescence
X, doit être supérieur ou égal à 150°, afin de faire passer le rayonnement de diffusion inélastique hors du
domaine d'énergie utilisé pour l'analyse;
c) l'angle solide sous-tendu par le collimateur entre l'échantillon et le détecteur K-edge doit être limité à des
-4
valeurs de Ω ¶ 10 sr de manière à minimiser la dispersion inélastique vers le détecteur.
© ISO ISO 13464:1998(F)
Le transfert de l'échantillon dans le spectromètre peut se faire, soit horizontalement au moyen d'un convoyeur
adéquat relié à une enceinte blindée comme indiqué sur la figure 2, soit verticalement par un système de transport
pneumatique.
L’épaisseur du matériau de l’enceinte du système de transport de l’échantillon dans la zone des faisceaux de
rayons X incident et émergent doit être adaptée de façon appropriée de manière à assurer un signal optimal pour la
mesure XRF. Pour une enceinte en inox, l’épaisseur de la fenêtre, d, doit être réduite à 0,05 cm environ. Si l’on
utilise l’aluminium, une épaisseur de fenêtre, d, allant jusqu’à 0,4 cm est acceptable.
3.3 Spécifications
3.3.1 Générateur de rayons X
Générateur de rayons X d'une puissance de 3 kW fournissant au maximum 160 kV/19 mA et de préférence équipé
¶
d'un tube à rayons X en métal-céramique; le diamètre du tube doit être le plus faible possible ( 5 cm) au niveau de
la fenêtre d'irradiation, de manière à minimiser la distance entre l'échantillon et le point de focalisation, ce qui
permet de réduire les interférences dues aux produits de fission. Stabilité de la haute tension ¶ 0,1 %. Haute
tension et courant du tube réglables en continu. Le débit de l'eau de refroidissement doit être au minimum de
-1
4 l⋅min .
3.3.2 Détecteurs
Détecteurs HPGe intrinsèques munis de cryostats à canne horizontale. Surface utile du cristal de 100 mm à
200 mm , épaisseur du cristal de 10 mm à 13 mm. Détecteur couplé à un préamplificateur à contre-réaction ayant
un débit limite de l'ordre de 20 GeV/s. Résolution en énergie ¶ 0,6 keV FWHM à 122 keV pour un taux de
comptage de 5 × 10 coups par seconde.
3.3.3 Chaîne de traitement des impulsions
Système de traitement rapide des impulsions avec un temps de codage d'environ 5 μs, assurant un taux de
comptage en sortie d'au moins 60 % pour un taux de comptage en entrée de l'ordre de 5 × 10 coups par seconde.
Processeur d'impulsion équipé d'un circuit de réjection des empilements.
Les amplificateurs conventionnels munis de filtres de mise en forme gaussienne devront être utilisés avec une
constante de mise en forme de 1 μs.
NOTE — Dans le but de simplifier le dépouillement des spectres, il est recommandé d'inclure un stabilisateur digital dans la
chaîne de mesure K-edge pour stabiliser simultanément le zéro et le gain du codeur. Les raies de référence pour le
stabilisateur peuvent être générées par une source radioactive adéquate telle que le Cd (E = 22 keV et 88 keV). Une
source d'activité comprise entre 0,5 MBq et 1 MBq est suffisante si elle est montée près du détecteur K-edge.
3.3.4 Système d'acquisition des données
Analyseur multicanaux programmable à haute performance muni de deux voies d'entrée indépendantes avec accès
direct à la mémoire pour les données numériques (taille de la mémoire Ä 16 MB).
3.3.5 Cellule de mesure
Le conteneur de mesure pour l'échantillon peut être cylindrique (cruchon) ou parallélépipédique (cellule). Le
diamètre intérieur optimal ou la longueur optimale de la cellule de mesure sont compris entre 1,5 cm et 2,5 cm.
L'épaisseur du conteneur sera aussi faible que possible au point d'impact du faisceau de rayons X de manière à
minimiser l'intensité du rayonnement diffusé pour la mesure de fluorescence X. La verticalité de l'échantillon et le
niveau de remplissage de la cuvette doivent être tels que le faisceau de rayons X passe à au moins 0,5 cm du fond
de la cuvette et à 0,5 cm de la surface du liquide.
La mesure K-edge dépend de manière critique de la longueur du trajet optique parcouru par le faisceau de rayons X
dans la solution. Ce paramètre géométrique doit être contrôlé avec soin, car l'incertitude dont il est affecté se
répercute directement sur la mesure. La cuvette idéale est la cellule en verre pour spectrométrie dont la longueur
est parfaitement connue. Dans le cas des conteneurs cylindriques, les tolérances sur l'épaisseur des parois doivent
être limitées si on veut atteindre un certain degré de précision lors de la mesure (voir figure 3 à titre indicatif). De
plus, les conteneurs cylindriques (cruchons) doivent avoir une section parfaitement circulaire de façon à rendre le
résultat de la mesure indépendant de la position de l'échantillon dans le plan azimutal.
Dimensions en centimètres
Légende:
1 Accès à l'enceinte blindée 8 Détecteur HPGe pour KED
2 Blindage 9 Détecteur HPGe pour XRF
3 10 Collimateur (W) L > 10
Tube de rayons X, ˘ < 5
4 Filtre (Cd), d ; 0,1 11 Enceinte du système de transport d'échantillon
5 Collimateur (W) 12 Convoyeur d'échantillon
6 Filtre (Fe), d ; 2 13 Blindage
7 Collimateur (W) L > 10 14 Fenêtre de l’enceinte du système de transport d’échantillon pour les
mesures XRF d ≈ 0,05 (inox) ou d < 0,4 (aluminium)
Figure 2 — Arrangement géométrique
© ISO ISO 13464:1998(F)
Figure 3 — Influence du positionnement latéral sur la mesure K-edge pour une cellule de mesure
cylindrique de diamètre intérieur ∅
i
3.3.6 Collimateurs et filtres
Les collimateurs doivent être en métal de forte densité (tungstène par exemple). L'ouverture du collimateur primaire
le plus proche du tube à rayons X doit permettre l'irradiation de la totalité de la fraction de solution vue par le
détecteur XRF (voir figure 2). On utilisera un filtre d'environ 0,1 cm de cadmium (ou matériau équivalent) de
manière à réduire l'intensité des rayons X de basses énergies.
Pour les collimateurs situés en face des deux détecteurs, on choisira une longueur L Ä 10 cm afin d'assurer un
-4
blindage suffisant compte tenu de l'activité β,γ de la solution à analyser. La condition Ω ¶ 10 sr pour le collimateur
du détecteur K-edge sera remplie si le diamètre du trou est ¶ 0,1 cm.
Ajuster la longueur du filtre de faisceau dans le collimateur du détecteur K-edge (≈ 2 cm d'acier Inox ou équivalent,
voir figure 2) de manière à obtenir avec une solution contenant environ 250 g/l d'uranium, un taux de comptage
d'environ 2 × 10 coups par seconde dans le détecteur, dans les conditions nominales de fonctionnement du tube à
rayons X (150 kV/15 mA).
Régler dans les mêmes conditions le diamètre du collimateur pour le détecteur XRF de manière à obtenir un taux
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de comptage d'environ 3,5 × 10 à 4 × 10 coups par seconde dans le détecteur. 0,25 cm est une valeur
caractéristique pour le diamètre du trou du collimateur.
3.4 Réglage de l'appareillage
Accumuler les spectres d'absorption K et de fluorescence X (capacité 2 K par canal);
Régler le gain des amplificateurs de manière à couvrir les domaines d'énergie de 0 à 170 keV pour chaque spectre,
ce qui correspond à un gain de conversion d'environ 80 eV à 85 eV par canal;
Régler la position verticale du tube à rayons X jusqu'à obtenir un taux de comptage maximal dans le détecteur K-
edge;
Mettre en marche le tube à rayons X avec une tension de 150 kV et régler le courant du tube à environ 15 mA.
La valeur réelle de la haute tension générée par le tube à rayons X n'a pas besoin d'être rigoureusement égale à
150 kV. Des écarts de 2 kV par rapport à cette valeur sont acceptables. Cependant, une fois cette valeur de tension
affichée, celle-ci doit rester constante à 0,1 % près. La valeur de la haute tension peut être contrôlée à partir de
l'énergie maximale du continuum de rayons X mesurée avec le détecteur K-edge. De petites fluctuations du courant
du tube n'affectent pas la mesure, car les deux méthodes, la spectrométrie d'absorption K et la fluorescence X, sont
basées sur des mesures de rapport d'intensité.
4 Mode opératoire
Effectuer un étalonnage initial de l'appareillage comme indiqué à l’article 6.
Transférer au moyen du système retenu, la cellule de mesure renfermant la solution à analyser dans la position de
mesure (voir 3.3.5).
Mise sous tension du tube à rayons X aux conditions présélectionnées (150 kV/10 mA à 15 mA).
Lancer l'acquisition simultanée des spectres K-edge et XRF. S'assurer que le stabilisateur digital de la voie de
mesure K-edge régule correctement par rapport aux canaux de référence présélectionnés.
Choisir un temps de comptage en fonction de la précision souhaitée pour la reproductibilité. Pour des solutions
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représentatives des jus de dissolution (250 g⋅l en uranium et 2 g⋅l en plutonium), les écarts-types escomptés (s)
des résultats d'une série de mesures, pour un temps de com
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