Radioizotópok elemzési eljárásai: T, 14C, Sr, TRU Kémiai feldolgozás + nukleáris méréstechnika

3H elemzési eljárások Jellemzői: T1/2=12,3 év, EβMax=18 keV, nincs γ Forrásai: - kozmikus eredet: 14N + n →12C + t - atomrobbanás - atomenergia ipar: mint fent 10B + n → t + 2α Kémiai formái: HTO, HT, szénhidrogén Méréstechnika: - LSC: alacsony hátterű LSC (pl. japán ALOKA: 60 ml minta, 12% hatásfok, 2 cpm háttér pl. svéd LKB: 9 ml minta, 25% hatásfok, 0,7 cpm háttér) - proporcionális számláló: HT vagy metán töltőgázzal Kémiai feldolgozása: - vízzé alakítás: égetéssel katalizátorral CxHy + O2 → CO2 +H2O 400°C, Pt HT + O2 → HTO 500°C, Pd - víz elválasztás: - desztilláció (tisztítás is!) - adszorpció molekulaszitán, majd deszorpció/vákuumdesztillálás - abszorpció etilén-glikolban, szilikagélen - kifagyasztás Izotópdúsítás: elektrolízis NaOH oldatból→H2 illékonyabb mint HT

Alkalmazási példák 3H meghatározása tejben TEJ ↓ fagyasztva szárítás TEJPOR ↓ égetés, oxidálás HTO ↓ elnyeletés: vízben + LS koktél HTO/koktél LSC számlálás, értékelés pl. standard addícióval

3H meghatározása atomerőműi levegőben gázmintavétel a kéményből levegő Alkalmazási példák 3H meghatározása atomerőműi levegőben gázmintavétel a kéményből levegő 90-95% vízkibocsátás 5-10% levegő kibocsátás: 95% HTO 5% HT pára Pd HTO HT Aeroszol Pumpa Rota- Molekula- Molekula- szűrő méter szűrő szűrő

14C elemzési eljárások Jellemzői: T1/2=5730 év, EβMax=156 keV, nincs γ Forrásai: - kozmikus eredet: 14N + n →14C + p - atomrobbanás - atomenergia ipar: mint fent 17O + n → 14C + α Kémiai formái: CO2, CO, szénhidrogén Méréstechnika: - LSC - proporcionális számláló Kémiai feldolgozása: - CO2-dá alakítás: égetéssel katalizátorral CxHy + O2 → CO2 +H2O 600oC, Pd CO + O2 → CO2 Hopcalite - CO2 elválasztás: - abszorpció lúgban: NaOH, Ca(OH)2 vagy Ba(OH)2 Pl. CO2 + 2 NaOH→Na2CO3 + H2O; Na2CO3 + H2SO4→Na2SO4 + H2O + CO2 - adszorpció molekulaszitán, majd CO2 elúció vízzel vagy N2 gázzal - adszorpció oxifluorban - CO2 kifagyasztás

Alkalmazási példák 14C meghatározása tejben TEJ ↓ fagyasztva szárítás TEJPOR ↓ égetés CO2 ↓ elnyeletés: etanolamin + LS koktél CO2/koktél LSC számlálás, értékelés pl. standard addícióval

14C gázminta-vevő rendszer a paksi atom-erőműben: 90 % szén-hidrogén, 10 % CO2

90Sr, 89Sr, 91Y elemzési eljárások Jellemzői: 90Sr: T1/2=28 év, EβMax=550 keV, nincs γ 90Y: T1/2=64 óra, EβMax=2200 keV, nincs γ 89Sr: T1/2=51 nap, EβMax=1000 keV, nincs γ 91Y: T1/2=59 nap, EβMax=1000 keV, Forrásai: - hasadás - atomrobbanás - atomenergia ipar Kémiai formái:Sr vegyületek Sr és Y izotópok képződési sémája Jelölések: _____ környezet régi esemény után _____ környezet 1-2 éven belül _____ reaktor friss minta

Méréstechnika: - LSC: alacsony hátterű LSC - gázionizációs béta számláló - szcintillációs béta számláló - félvezető béta spektrométer - Cserenkov számláló Kémiai feldolgozás: - Sr elválasztás: klasszikus csapadékos szemi-szelektív eljárás új koronaéteres szelektív elválasztás - Y elválasztás szelektív extrakcióval

Klasszikus csapadékos 90Sr, 89Sr elemzési eljárás 90Sr, 89Sr béta mérés 90Y béta mérés

Y extrakciós elválasztási eljárás TBP-tal 90Sr elemzéséhez

Sr extrakciós elválasztási eljárás koronaéterrel 90Sr, 89Sr elemzéséhez

Koronaéter tulajdonságai

90Sr-90Y és 85Sr nyomjelző LSC spektruma

A módszerek összehasonlítása

Aktinidák elemzése Elektronszerkezet: 5f héj töltődik fel elektronokkal hasonlóság a lantanidákkal, ahol a 4f héj töltődik fel Erős komplexképzési hajlam: kötések 5f, 6d, 7s, 7p pályákkal koordinációs szám: 5-10 eltérés a lantanidáktól, ahol kevés a komplex, mert a 4f héj kötések számára nehezen hozzáférhető komplexképzési tendencia: M4+>MO22+>M3+>MO2+ Oxidáció állapotok: Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf … 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 6 6 6 6 piros=legstabilabb forma kationok:M3+, M4+,MO2+,MO22+ 3 4 5 6 Főbb oxidációs állapotok egyidejűleg lehetnek jelen az oldatokban. Szelektív oxidáló/redukáló szerekkel az oxidációs állapotok beállíthatók: pl. NaNO2 →Pu(IV) Csapadékos reakciók Ioncserélő tulajdonságok Extrahálhatóság

U elemzési eljárásai: UO22+ Méréstechnika: Αlfaspektrometria: 238U, 235U, 234U Gammaspektrometria: 235U 238U→234Th → 234Pa → 234U→ 24 nap, 63 keV NAA: 238U(n,gamma)239U→239Np 235U(n,f) - Késő neutron detektálás egyéb: Laser-fluorimetria, AAS, ICP OES, MS (ICP MS) Kémiai elválasztás: együttlecsapás: pl. NdF3, Fe(OH)2 pl. Bi-foszfát (U(VI) nem válik le) Bi-foszfát eljárás Kationcsere: pl. HDEHP Anioncsere: pl. UCl5-, UCl62-, UCl73-, UCl84- U4+ anionos komplexei pl. UO2(SO4)34- UO22+ anionos komplexei pl. folyékony anioncserélő TOA AMEX eljárás Extrakció: TBP/salétromsav/Al-nitrát PUREX eljárás MIBK/salétromsav/Al-nitrát REDOX eljárás UTEVA

Pu elemzési eljárásai: Pu4+ (PuO22+) Méréstechnika: Αlfaspektrometria: 239,240Pu, 238Pu Bétamérés LSC-ben: 241Pu Gammaspektrometria: csak nagy mennyiségekre, lágy gamma vonalak alapján NAA: 239Pu(n,f); 241Pu(n,f) egyéb: MS (ICP MS) (AAS, ICP OES) Kémiai elválasztás: együttlecsapás: pl. NdF3/Pu(III)ésPu(IV), Fe(OH)2, Fe(OH)3 pl. Bi-foszfát/Pu(IV) Bi-foszfát eljárás Kationcsere lehetséges, de nem szelektív Anioncsere: pl. PuCl5-, PuCl62-, PuCl73-, PuCl84- Pu4+ anionos komplexei pl. PuO2(NO3)64- PuO22+ nitrát és klorid is pl. folyékony anioncserélő TOA Extrakció: TBP/salétromsav/Al-nitrát:U(VI)+Pu(IV) PUREX eljárás MIBK/salétromsav/Al-nitrát: U(VI)+Pu(VI) REDOX eljárás TOPO=tri-oktil-foszfin-oxid TTA=tenoil.tri-fluor-aceton UTEVA

Példa az alkalmazásra: U és Pu izotópok meghatározása: PUREX eljárás UO2(NO3)2 nTBP komplex Pu(NO3)4 nTBP komplex TBP=tri-butil-foszfát

Plutónium α- spektrum Urán α-spektrum 239Pu 232U 238Pu 234U 238U 242Pu

Pu analitikai célú elválasztása talajminta elemzésére (ioncserés kromatográfiával)

Th elemzési eljárásai: Th4+ Méréstechnika: Αlfaspektrometria: 232Th, 230Th, 228Th Gammaspektrometria: 232Th→ 228Ra → 228Ac→ 5,7 év 6 óra, 911 keV - NAA: 232Th(n,gamma)233Th→233Pa 27 nap, 312 keV egyéb: AAS, ICP OES, MS (ICP MS) Kémiai elválasztás: együttlecsapás: pl. NdF3, Fe(OH)3 pl. Th(OH)4 csapadék Kationcserélőn megkötődik a Th4+ Anioncsere: pl. Th(NO3)5-, U(NO3)62- Th4+ anionos komplexei nincs stabil klorid komplexe pl. folyékony anioncserélő TOA Extrakció: TBP/salétromsav/Al-nitrát THOREX eljárás MIBK/salétromsav/Al-nitrát UTEVA

Th elválasztás alkalmazási példája: Th előállítás monazit homokból Monazit=Ce foszfát+ThO2 Lúgos ömlesztés: ThO2→Th(OH)4 Szűrés Oldás HCl-ban; pH=5-6 Th(OH)4 szelektív leálasztás Oldás salétromsavban TBP extrakció Th visszaextrahálás