Cs atomerőművi hűtővízben és radioaktív hulladékban

Átírás

1 MTA Energiatudományi Kutatóközpont, Sugárbiztonsági Laboratórium RadAnal KFT. Cs atomerőművi hűtővízben és radioaktív hulladékban Nagy Péter, Vajda Nóra, Sziklainé László Ibolya, Kovács-Széles Éva, Simonits András 12. Nukleáris Technikai Szimpózium Budapest Tartalom Cs tulajdonságai Cs jelentősége Cs radiokémiai elválasztása Neutron Aktivációs Analízis Induktív Csatolású Plazma Tömeg Spektrometria 1

2 Cs tulajdonságai Bomlási mód: β- Felezési idő: 2.3 millió év Sugárzás ajtái: β Max E : 205 kev nincs gamma sugárzás Termék: hasadási direkt hasadási hozam: 0.55% kumulált hasadási hozam 235 U-re (n th,): 6.5% I Neutron aktiváció: Cs Nagy Xe Cs,6.57h,9.14h,2.3E6 y n, hatáskeresztmetszet 136 Cs, day 136 Eγ: 818 kev (100%) 1048 kev (80%) Ba( stabil) Ba Cs jelentősége Cs kiégett nukleáris üzemanyagok hosszú távú viselkedése, radioaktív hulladékok migráció a környezetben (talaj, üledék, geológiai ormációk) 137 Cs/ Cs és 137 Cs/ 134 Cs arányok kor meghatározás kiégés üggő arány: 137 Cs/ 134 Cs neutron luxus üggő arány: 137 Cs/ Cs 2

3 Célkitűzés Cs meghatározása két üggetlen mérési módszeren alapszik: NAA és ICP-MS Cs standard oldat hiánya miatt, mindkét módszert kalibrálni kell NAA: k0-standardizáció ICP-MS: relatív standardizáció stabíl Cs standard oldat használatával Adekvát radiokémiai mérési módszer ejlesztése/alkalmazása cézium elválasztására, mely képes eltávolítani az intererenciákat mindkét technikánál. NAA: mátrix ICP-MS: Ba isobár intererencia A technikák összehasonlító elemzése. Primer hűtővíz és radioaktív hulladékok elemzése, következtetés az aktuális neutron luxusra. Mintaelőkészítés hulladék és hűtővíz minták esetében AMP-PAN=ammónium oszor-molibdát poliakril-nitril Cs kitermelés > 80 % 3

4 Budapesti Kutatóreaktor Könnyű vizes hűtésű és moderált tartálytípusú reaktor berélium relektorral Névleges teljesítmény: 10 MW Maximális termikus neutron luxus: n/cm 2 /s Neutron Aktivációs Analízis Cs orrások besugárzása Cs(n,γ) 136 Cs Besugárzási idő: 24 h Hűtési idő: 10 d Mérési idő: 5-10 h Monitorok: Au, Zr, Co, Fe, Ag, Mo, Sc 4

5 k 0 -NAA A k 0 -NAA abszolút (nem relatív) analitikai módszer. A k 0 összetett nukleáris konstans, amely a következő izikai állandókat tartalmazza: k 0, Au M M Au i i, Au, Au 0 0, Au k 0 =0.128 ± 3.61% Cs tömege: m Cs t N SDC I Cs 136,sample sp,au 1 k 0,Au Q 0,Au Q 0 ( ( ) ) Au k 0 -NAA:α,, Ф th mérése α korrekciós paraméter és Q(α) meghatározása csupasz három izotópos monitorozó módszerrel ( 198 Au, 95 Zr és 97 Zr). th meghatározása a csupasz és kadmiummal edett e monitorok ( 198 Au, 95 Zr, 97 Zr) mérésével vagy a csupasz kétizotópos monitorozó módszerrel ( 95 Zr and 97 Zr). Neutron tér jellemzése a besugárzásnál : α: : 40.8 ± 2.0% Ф th : 1.93*10 13 n cm -2 s -1 ± 3% 5

6 k 0 -NAA eredményei H12-1 minta: ng/l ± 6.9% A mérési bizonytalanság ő összetevői: 52%: nettó csúcs terület 818 kev-nél 26%: k 0 paraméter Parameter Unit Value Unc Rel unc % contribution to unc budget Sample counting net peak area (818 kev) in sample (N) 1.48E E sample counting time (t) s 9316 irradiation time d 1 decay time d 4.43 decay constant (λ) (T1/2=13.16 d ± 3%) d counting eiciency (ε) E E k0-1.28e N/t/SDC cps Au counting mass o Au g 3.72E-06 net peak area (411 kev) in sample (N) E E sample counting time (t) s 120 irradiation time d 1 decay time d 8.15 decay constant (λ) (T1/2=2,695 d ± 0,0078%) d counting eiciency (εau) E E Isp,Au cps/g 8.36E+09 Q0(α) and (α) measurement Q0 or Cs Er or Cs ,1* 0 α (measured by tri-isotopic method with Au, Zr) ,1* 0 Q0(α)=I0(α)/σ0 or Cs Q0 or Au Er or Au Q0(α)=I0(α)/σ0 or Au lux ratio (α)=фth/фe Mass o Cs- in sample g 5.94E-10 Sample processing data net mass o processed sample g sample aliquot or NAA g total sample volume L Cs-137 in the original sample Bq 1.09E E Cs-137 in the processed sample Bq 5.57E E chemical recovery E-01 Sum 100% Cs- concentration in the original sample (g/liter) 1.17E E (ng/liter) ICP-MS HR ICP-SF-MS Magas érzékenység Gyors Multielemes (izotóp) analitikai technika Element 2, Thermo Electron Corp. 6

7 ICP-MS számolás elve Relatív mérés: kalibráció stabil Cs standard oldattal ( 133 Cs) Inet,,cor CCs d S korrigálás Cs 133 Ba intererenciával a stabíl Ba/ 138 Ba alapján korrigálás a berendezés instabilitásának kiküszöbölésére (Rh) belső standard használatával háttér korrekció Érzékenységi aktor S Cs-133 A Cs érzékenységi aktorát különböző koncentrációjú stabíl 133 Cs oldatokból számolhatjuk ki (10 and 100 ppb). Cs és 133 Cs közötti tömegtorzítási tényező eltételezhetően <1% Ellenőrző mérés: A stabíl Ba izotópok tömegtorzítási tényezője <1%: 7

8 ICP-MS results in ng/l 12/13/2013 H12-1 minta ng/l ± 7.0% A mérési bizonytalanság ő összetevői: 47%: intenzitás a tömegszámnál 19%: Ba korrekciós aktor 14%: Cs érzékenység ICP-MS eredmények Parameters Description Unit Value Uncert. Relative Contribution unc % to unc. I measured gross intensity at mass in sample cps 1,28E+06 9,65E+03 0,75 I blank background intensity at mass (sample) cps 3,66E+04 1,08E+03 2,96 I net net intensity at mass in sample cps 1,25E+06 9,71E+03 0,78 gross Rh intensity in sample cps 3,87E+05 3,27E+03 0,84 background Rh intensity (sample) cps 7,47E+04 2,06E+03 2,75 I Rh net Rh intensity in sample cps 3,12E+05 3,86E+03 1,24 gross Rh intensity in 100 ppb Cs standard cps 3,54E+05 9,06E+03 2,56 background Rh intensity (Cs standard) cps 7,45E+02 4,96E+01 6,66 I Rh,re net Rh intensity in 100 ppb Cs standard cps 3,53E+05 9,06E+03 2,56 I net, net intensity at mass with Rh correction in sample cps 1,41E+06 4,17E+04 2,95 47,40% gross intensity o Ba-138 in sample cps 5,67E+06 3,75E+04 0,66 background intensity at mass 138 (sample) cps 4,10E+05 5,95E+03 1,45 net intensity o Ba-138 in sample cps 5,26E+06 3,79E+04 0,72 I net, Ba-138 net intensity o Ba-138 with Rh correction in sample cps 5,96E+06 1,75E+05 2,94 6,90% gross intensity o Ba- in 100 ppb Ba standard cps 3,87E+06 4,84E+04 1,25 background intensity at mass (Ba standard) cps 4,34E+04 3,80E+02 0,88 net intensity o Ba- in Ba standard cps 3,83E+06 4,84E+04 1,26 gross Rh intensity in Ba standard cps 4,11E+05 7,89E+03 1,92 background Rh intensity (Ba standard) cps 1,42E+03 4,82E+01 3,40 net Rh intensity in Ba standard cps 4,10E+05 7,89E+03 1,92 I net, Ba-, std net intensity o Ba- with Rh correction in 100 ppb Ba standard cps 3,30E+06 1,14E+05 3,45 gross intensity o Ba-138 in Ba standard cps 4,25E+07 5,94E+05 1,40 background intensity o Ba-138 in Ba standard cps 4,91E+05 5,96E+03 1,21 net intensity o Ba-138 in Ba standard cps 4,20E+07 5,94E+05 1,41 I net, Ba-138, std net intensity o Ba-138 with Rh correction in 100 ppb Ba standard cps 3,62E+07 1,27E+06 3,50 1 actor to correct or Ba contribution to intensity at mass - 0,0912 4,48E-03 4,92 19,40% S Cs-133 Cs sensitivity (rom calibration with 10 and 100 ppb Cs standards) cps/ppb 4,95E+05 1,34E+04 2,71 14,30% d sample dilution actor - 1 Mb gross mass o sample and vial g 21,7481 0,01 0,05 mt mass o empty vial g 16,8492 0,01 0,06 m net mass o processed and measured sample g 4,8989 0,014 0,29 0,20% V volume o processed waste sample L 0,1 0,002 2,00 7,90% η chemical recovery - 0,752 0,0104 1,38 3,80% mass o Cs- in 1 L o waste H12-1 ng/l 114,4 7,97 6,96 NAA és ICP-MS eredmények összehasonlítása Nagyon jó egyezés! Correlation between Cs- results measured by ICP-MS and NAA 140,0 120,0 100,0 80,0 c ICP-MS =1.035*c NAA 60,0 R 2 = ,0 20,0 0,0 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0 NAA results in ng/l 8

9 134 Cs, Cs és 137 Cs primerköri hűtővízben Sample Sampling Cs-134 Cs-137 Cs- Cs-134/Cs-137 Cs-/Cs-137 time act.conc. unc. act.conc. unc. act.conc. unc. activity ratio activity ratio Bq/L % Bq/L % Bq/L % - % - % Primary coolant rom reactor#1 taken under reactor shutdown 10TV20/ :35 1,35E+04 1,3 1,58E+04 2,1 0,072 49,6 0,85 2,4 4,59E-06 49,7 10TV20/ :40 1,14E+04 1,3 1,30E+04 2,1 0,085 16,0 0,88 2,5 6,56E-06 16,1 10TV20/ :00 2,33E+03 2,7 2,57E+03 3,9 <LD 10YA :00 1,25E+05 0,6 8,65E+04 1,0 0,456 12,5 1,45 1,2 5,27E-06 12,6 Primary coolant rom reactor#1 taken under steady state conditions 10TV20-A ,12E+04 1,3 3,08E+04 2,0 0,159 9,8 1,01 2,4 5,18E-06 10,1 10TV20-B ,12E+04 1,3 3,08E+04 2,0 0,156 4,9 1,01 2,4 5,06E-06 5,3 Average: 5,33E-06 Theoretical values burn-up MWd/t HM: ,5-1,5 4.50E-06 or WWER-440 reactors Jó egyezés a mért és a várt (számolt) aktivitás arányok között! 134 Cs, Cs és 137 Cs radioaktív hulladékokban Sample Sampling Cs-134 Cs-137 Cs- Cs-134/Cs-137 Cs-/Cs-137 Remark time act.conc. unc. act.conc. unc. act.conc. unc. activity ratio activity ratio Bq/L % Bq/L % Bq/L % - % - % Radioactive waste samples 02TW30B002 T ,70E+05 0,60 1,09E+06 1,4 4,814 6,0 0,52 1,5 4,41E-06 6,2 resh waste 02TW30B002 K ,03E+05 0,79 5,09E+05 1,4 2,827 5,9 0,40 1,6 5,55E-06 6,0 resh waste 01TW15B001 T ,49E+04 1,68 4,63E+05 1,7 2,156 6,4 0,05 2,4 4,65E-06 6,6 old waste 01TW30B005 T ,48E+02 6,67 1,10E+05 2,2 0,750 10,0 0,003 7,0 6,83E-06 10,3 old waste Average: 5,36E-06 Theoretical values burn-up MWd/t HM: ,5-1,5 4.50E-06 or WWER-440 reactors Jó egyezés a mért és a várt aktivitás arányok között! 9

10 Összeoglalás A Cs elválasztására alkalmas radiokémiai elválasztási eljárást dolgoztunk ki. A Cs aktivitását ICP-MS és k 0 -NAA-val határoztuk meg, az eredmények nagyon jól egyeznek. Sikerrel detektáltuk a Cs izotópot (ng/l) atomerőművi hűtővíz és radioaktív hulladék mintákban. A mért és számolt Cs/ 137 Cs arányok jól egyeznek egymással. Köszönöm a igyelmet! 10