Radioizotópok elemzési eljárásai: T, 14 C, Sr, TRU

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

2. 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

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

4. 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

5. 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

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

7. 14Cgázminta-vevőrendszera paksi atom-erőműben:90 % szén-hidrogén,10 % CO2

8. 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, nincs γ • 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

9. 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

10. Klasszikuscsapadékos90Sr, 89Srelemzésieljárás 90Sr, 89Sr béta mérés 90Y béta mérés

11. Y extrakcióselválasztási eljárásTBP-tal 90Srelemzéséhez

12. Sr extrakcióselválasztási eljáráskoronaéterrel 90Sr, 89Srelemzéséhez

13. Koronaéter tulajdonságai

15. 90Sr-90Y és 85Sr nyomjelző LSC spektruma 90Sr 90Y 85Sr

16. A módszerek összehasonlítása

17. 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

18. 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

19. 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

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

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

22. Pu analitikai célú elválasztásatalajmintaelemzésére(ioncseréskromatográfiával)

23. 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

24. 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