NAA a gyakorlatban, standardizációs módszerek

Hasonló dokumentumok
NAA a gyakorlatban, standardizációs módszerek

NEUTRON AKTIVÁCIÓS ANALITIKAI GYAKORLAT

PROMPT- ÉS KÉSŐ-GAMMA NEUTRONAKTIVÁCIÓS ANALÍZIS A GEOKÉMIÁBAN I. rész

Neutron Aktivációs Analitika

Elemanalitika hidegneutronokkal

NEUTRON AKTIVÁCIÓS ANALITIKAI GYAKORLAT

Prompt-gamma aktivációs analitika. Révay Zsolt

Izotópkutató Intézet, MTA

Cs atomerőművi hűtővízben és radioaktív hulladékban

Első magreakciók. Targetmag

Aktiválódás-számítások a Paksi Atomerőmű leszerelési tervéhez

Atomreaktorok üzemtana. Az üzemelő és leállított reaktor, mint sugárforrás

Uránminták kormeghatározása gamma-spektrometriai módszerrel (2. év)

Gamma-röntgen spektrométer és eljárás kifejlesztése anyagok elemi összetétele és izotópszelektív radioaktivitása egyidejű elemzésére

Jakab Dorottya, Endrődi Gáborné, Pázmándi Tamás, Zagyvai Péter Magyar Tudományos Akadémia Energiatudományi Kutatóközpont

RADIOAKTÍV HULLADÉKOK MINŐSÍTÉSE A PAKSI ATOMERŐMŰBEN

KISMENNYISÉGŰ U-235 MEGHATÁROZÁSA CSŐPOSTÁVAL KOMBINÁLT KÉSŐNEUTRON SZÁMLÁLÁSSAL (OAH-ABA-22/16-M)

Nukleáris adatok felhasználása A nukleáris adatok mérésének módszerei és nehézségei

Az asztrofizikai p-folyamat kísérleti vizsgálata befogási reakciókban

Röntgen-gamma spektrometria

NEUTRONAKTIVÁCIÓS ANALÍZIS (NAA) II. rész

PROMPT GAMMA AKTIVÁCIÓS ANALÍZIS (PGAA) III. rész

Detektorfejlesztés a késő neutron kibocsájtás jelenségének szisztematikus vizsgálatához. Kiss Gábor MTA Atomki és RIKEN Nishina Center

Izotóp geológia: Elemek izotópjainak használata geológiai folyamatok értelmezéséhez.

Az Országos Képzési Jegyzékről és az Országos Képzési Jegyzék módosításának eljárásrendjéről szóló 133/2010. (IV. 22.) Korm.

A TERMÉSZETBEN SZÉTSZÓRÓDOTT NUKLEÁRIS ANYAGOK VIZSGÁLATA

Methods to measure low cross sections for nuclear astrophysics

RADIOKÉMIAI MÉRÉS Laboratóriumi neutronforrásban aktivált-anyagok felezési idejének mérése

Sugárzások és anyag kölcsönhatása

NEUTRON-KOINCIDENCIA MÉRÉS KOMBINÁLÁSA NEUTRON RADIOGRÁFIÁVAL KIS MENNYISÉGŰ HASADÓANYAG KIMUTATÁSÁRA (OAH-ABA-10/14-M)

Nagyteljesítményű elemanalitikai, nyomelemanalitikai módszerek

NEUTRON SUGÁRZÁS ELLENI BIOLÓGIAI VÉDELEM VIZSGÁLATA MONTE CARLO MODELLEZÉSSEL

RADIOKÉMIAI MÉRÉS. Laboratóriumi neutronforrásban aktivált-anyagok felezési idejének mérése. = felezési idő. ahol: A = a minta aktivitása.

Compton-effektus. Zsigmond Anna. jegyzıkönyv. Fizika BSc III.

Gamma-röntgen spektrométer és eljárás kifejlesztése anyagok elemi összetétele és izotópszelektív radioaktivitása egyidejű elemzésére

RADIOKÉMIA SZÁMOLÁSI FELADATOK Szilárdtest- és Radiokémiai Tanszék

Modern fizika laboratórium

235 U atommag hasadása

ALPHA spektroszkópiai (ICP és AA) standard oldatok

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

Cs radioaktivitás koncentráció meghatározása növényi mintában (fekete áfonya)

Sugárvédelem nukleáris létesítményekben. Átfogó [fenntartó] SVK Osváth Szabolcs (OKK-OSSKI-LKSO)

ÜZEMLÁTOGATÁS AZ MTA CSILLEBÉRCI TELEPHELYÉN

I. ANALITIKAI ADATOK MEGADÁSA, KONVERZIÓK

1000 = 2000 (?), azaz a NexION 1000 ICP-MS is lehet tökéletes választás

Deme Sándor MTA EK. 40. Sugárvédelmi Továbbképző Tanfolyam Hajdúszoboszló, április

NEHÉZFÉMEK ELTÁVOLÍTÁSA IPARI SZENNYVIZEKBŐL Modell kísérletek Cr(VI) alkalmazásával növényi hulladékokból nyert aktív szénen

Maghasadás (fisszió)

A sugárzások és az anyag fizikai kölcsönhatásai

NUKLEÁRIS LÉTESÍTMÉNYEK LÉGNEMŰ 14C KIBOCSÁTÁSÁNAK MÉRÉSE EGYSZERŰSÍTETT LSC MÓDSZERREL

Magyar Tudományos Akadémia 3: MTA Energiatudományi Kutatóközpont

Atomenergetikai alapismeretek

15/2001. (VI. 6.) KöM rendelet. az atomenergia alkalmazása során a levegbe és vízbe történ radioaktív kibocsátásokról és azok ellenrzésérl

Sugárbiztonságot növelő műszaki megoldások a Paksi Atomerőmű Zrt. Sugárfizikai Laboratóriumában

Nagy érzékenyégű módszerek hosszú felezési idejű nehéz radioizotópok analitikájában. Vajda N., Molnár Zs., Bokori E., Groska J., Mácsik Zs., Széles É.

XLVI. Irinyi János Középiskolai Kémiaverseny február 6. * Iskolai forduló I.a, I.b és III. kategória

A neutrontér stabilitásának ellenőrzése az MVM PA Zrt. Sugárfizikai Laboratóriumában

RÉSZLETEZŐ OKIRAT (3) a NAH / nyilvántartási számú akkreditált státuszhoz

ODE SOLVER-ek használata a MATLAB-ban

Környezeti és személyi dózismérők típusvizsgálati és hitelesítési feltételeinek megteremtése az MVM PA ZRt sugárfizikai laboratóriumában

RÖNTGEN-FLUORESZCENCIA ANALÍZIS

RADIOKÉMIA. László Krisztina, F ép. I. lh., I. emelet, 135

Szentmiklósi László BEVEZETÉS IDŐFÜGGŐ FOLYAMATOK ALKALMAZÁSA. Ph. D. ÉRTEKEZÉS TÉZISEI. A PROMPT-γ AKTIVÁCIÓS ANALÍZISBEN

Perturbációk elméleti és kísérleti vizsgálata a BME Oktatóreaktorán

Radioizotópok az üzemanyagban

1. A neutronvisszaszórási hatáskeresztmetszet

IVÓVIZEK RADIOANALITIKAI VIZSGÁLATA

NEUTRON-DETEKTOROK VIZSGÁLATA. Mérési útmutató BME NTI 1997

Trícium ( 3 H) A trícium ( 3 H) a hidrogén hármas tömegszámú izotópja, egy protonból és két neutronból áll.

Az atommagtól a konnektorig

TERMIKUS NEUTRONFLUXUS MEGHATÁROZÁSA AKTIVÁCIÓS MÓDSZERREL

A CSEPEL MŰVEK TALAJAINAK NEHÉZFÉM SZENNYEZETTSÉGE. Készítette: Szabó Tímea, Környezettudomány MSc Témavezető: Dr. Óvári Mihály, egyetemi adjunktus

Atomerőmű. Radioaktívhulladék-kezelés

Folyadékszcintillációs spektroszkópia jegyz könyv

Első magreakciók. Exoterm (exoerg) és endoterm (endoerg) magreakciók. Coulomb-gát küszöbenergia

Sugárbiztonsági tevékenység a nukleáris törvényszéki analitikában és a nukleáris biztosítéki rendszerben

Radioaktív nyomjelzés

Izotóp geológia: Elemek izotópjainak használata geológiai folyamatok értelmezéséhez.

Aktivációs analitikai gyakorlat

RADIOAKTÍV GYÓGYSZERKÉSZÍTMÉNYEK. Radiopharmaceutica

Radioaktív izotópok előállítása. Általános módszerek

Paks Körmérés 2013: Körkép a hazai gamma-spektroszkópiáról

Radionuklidok meghatározása környezeti mintákban induktív csatolású plazma tömegspektrometria segítségével lehetőségek és korlátok

MÁTRIXHATÁS CSÖKKENTÉSE PROMPT GAMMA AKTIVÁCIÓS ANALÍZISBEN DECREASING MATRIX EFFECT IN PGAA

Jegyzet. Kémia, BMEVEAAAMM1 Műszaki menedzser hallgatók számára Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár Dr Madarász János, egyetemi docens.

Modern Fizika Labor. 11. Spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: dec. 16. A mérés száma és címe: Értékelés: A beadás dátuma: dec. 21.

Magszintézis neutronbefogással

8. AZ ATOMMAG FIZIKÁJA

Országos Onkológiai Intézet, Sugárterápiás Centrum 2. Országos Onkológiai Intézet, Nukleáris Medicina Osztály 4

Általános Kémia, BMEVESAA101 Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár. Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár,

Nukleáris vizsgálati módszerek az IKI-ben

9. A felhagyás környezeti következményei (Az atomerőmű leszerelése)

Anyagvizsgálati módszerek Elemanalitika. Anyagvizsgálati módszerek

Nagy érzékenységű AMS módszerek hosszú felezési idejű könnyű radioizotópok elemzésében

TERMIKUS NEUTRONFLUXUS MEGHATÁROZÁSA AKTIVÁCIÓS MÓDSZERREL

Doktori munka. Solymosi József: NUKLEÁRIS KÖRNYEZETELLENŐRZŐ MÉRŐRENDSZEREK. Alkotás leírása

Radioaktív nyomjelzés

Magspektroszkópiai gyakorlatok

A magyar nukleáris biztosítéki támogató program bemutatása. Stefánka Zsolt, Horváth Kristóf, Szőllősiné Földesi Erzsébet, Vincze Árpád

1.ábra A kadmium felhasználási területei

Átírás:

NAA a gyakorlatban, standardizációs módszerek Dr. Szentmiklósi László Laboratóriumvezető MTA Energiatudományi Kutatóközpont, Nukleáris Analitikai és Radiográfiai Laboratórium 1121 Budapest, Konkoly-Thege Miklós u. 29-33.

A KFKI története Magyar Tudományos Akadémia Széchenyi István 1821 KFKI: (Központi Fizikai Kutató Intézet ) 1950-ben alakult. 1992-ben a KFKI-t öt akadémiai intézetre osztották és számos vállalkozás is kivált. 2012-től a KFKI Telephelyen 2 Kutatóközpont dolgozik MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont MTA Energiatudományi Kutatóközpont

Az EK üzemelteti a Budapesti Kutatóreaktort BKR 1959 óta működik Első teljesítménynövelés: 1967 Teljes rekonstrukció és 2. teljesítménynövelés:1986-1993. Teljesítmény: 10 MW Termikus neutron fluxus: 2.5 * 10 14 n/cm 2 s Gyors neutron fluxus: 1 * 10 14 n/cm 2 s Fűtőelem: VVR-SM(-M2) Fűtőelem típus váltás HEU LEU

A reaktor rövid története Atoms for Peace Genf, 1954 az atomenergia békés célú felhasználása mindenki számára lehetővé vált A reaktor építése a KFKI-ban: 1955-1958 Üzembe helyezés: 1959. március 25. Első szakasz: 1959-1967 2 MW hőtelj. Második szakasz: 1967-1986 5 MW hőtelj. Döntés a reaktor-rekonstrukcióról: 1980 A rekonstrukció: 1986-1992

A reaktor rövid története 1992-től fokozott biztonság, 10 MWth teljesítmény 2001-től működik a Hidegneutron-forrás 2009-2013 HEU-LEU konverzió 2023: a reaktor működésének tervezett vége

Budapesti Kutatóreaktor Reaktor típus Tartály-típusú, berillium reflektorral Könnyűvízzel moderált és hűtött Üzemanyag VVR-SZM (-M2)típusú, korábban 36% 235 U dúsítás, 2012. November, 19.9 % 235 U dúsítás 40 besugárzó csatora (anyagvizsgálat, izotópgyártás) NAA célra: függőleges csatornák Fűtőelem Fűtőkötegek száma Hőteljesítmény Átlagos teljesítmény Hűtőrendszer Primer hűtőkör ki és belépő átlaghőmérséklete Maximális neutronfluxus Alumínium mátrixba foglalt fémurán ill. UO 2 228 (egyensúlyi zóna) 10 MW 39.7 kw/l (a zónában) Kétkörös zárt (primer és szekunder kör) Q nominal :1650 m 3 /h, T be : 45 o C, T ki : 50 o C ~2.1 x 10 14 n/cm 2 s (termikus) ~1 x 10 14 n/cm 2 s (gyorsfluxus) 8

Magreakciók jelölés: A(b,c)D = A + b c + D ( + Q ) A - kiindulási mag (targetmag) D - végmag b - bemenő részecske ( lövedék ) c - kimenő részecske Q - reakcióenergia (+ exoterm, - endoterm )

A sugárzásos neutronbefogás neutron b-részecske Kiindulási mag Neutron befogás Compound mag Végmag I. Promptgamma A X A 1 X * A 1 X Z Z Z sugárzás Radioaktív bomlás (T 1/2!) Végmag II. (gerjesztett) X A 1 * Z 1 Bomlási gamma sugárzás Végmag II. (stabil) A 1 Z 1 X

Tartalom A neutron aktivációs analízis (NAA) standardizációs módszerei: abszolút, relatív és komparátor standardizálás. A k 0 -standardizálási módszer. k 0 -NAA módszerrel mérhető elemek, kimutatási határok. A k 0 -módszer elve és paramétereinek meghatározása. k 0 -NAA eljárás főbb lépései, mintaelőkészítés és besugárzás. Analitikai számítások éskorrekciók. Minőségbiztosítás (Quality Conrol). 12

Egyszerű aktiválódás kinetikája

Decay correction for NAA A saturation decay counting t t act t d t c 1 t t act d S 1 e D e C e t t = ln(2)/t 1/2, decay constant Peak area has to be corrected for saturation: A = A/SDC c c

Bateman Rubinson egyenlet 15

Előzmények Az NAA-nak két fő módszere alakult ki. Az egyes elemeket a már besugárzott mintából kémiailag elválasztjuk (roncsolásos). A másik a kémiai elválasztás nélküli (roncsolásmentes) vizsgálat, amikor a besugárzott minta gamma spektrumát mérve, az egyes komponenseket felezési idejük és jellemző gamma vonalaik energiája alapján azonosítjuk. A roncsolásmentes módszer nagy előnye, hogy egy nyomelemképet ad a mintáról (panorámaanalízis), ami pl. a régészeti alkalmazás területén (festék analízis) sokszor követelmény. A nagy számú összehasonlító standard preparálása és mérése azonban jelentős többletmunkát igényelt és számos hiba forrása is volt. A multielemes aktivációs analitikai vizsgálatok megkövetelték a standardizálás egyszerűsítését, erre több próbálkozás történt az abszolút és az egy komparátoros módszerek és az általánosan használható k 0 -standardizálási módszer kifejlesztésével. 16

Abszolút standardizálás Ismeretlen tömeg kiszámítása m = M N A p, (Φ th σ th + Φ e I 0 ) N p/t m SDC m : a vizsgálandó elem tömege M: atomtömeg N p : csúcsterület N A : Avogadro szám : izotóp-előfordulás p : teljesenergia-csúcs hatásfok : a mérendő E energiájú gammavonal abszolút intenzitása th : termikus neutronfluxus, e : epitermikus neutronfluxus, th : termikus hatáskeresztmetszet (2200 m/s neutron sebességnél) I 0 : rezonancia integrál (integrális hatáskeresztmetszet epitermikus neutronokra) S= 1-exp(- t i ) telítési, D=(exp(- t d ) bomlási, C= 1-exp(- t m ) mérési faktorok : bomlási állandó = ln2/t 1/2 ahol T 1/2 a felezési idő t i : besugárzási idő, t m : mérési idő, t d : hűtési idő 17

Abszolút standardizálás Az NAA egyik legegyszerűbb, elvi módja a vizsgálandó elem tömegének számítására. Az N p, t i, t m és t d, paraméterek elegendő pontossággal mérhetők. Követelmények Az p abszolút detektálási hatásfok nagy pontosságú kisérleti meghatározása. Az M, N A,, és paraméterek megfelelő pontossággal és precizitással ismertek (bizonytalanság 1%), nukleáris adatbázisban hozzáférhetők. Problémás lehet az aktivációs hatáskeresztmetszet (, I 0 ) és egyes bomlási állandók pontatlansága. A neutrontér paraméterek ( th és e ) kisérleti meghatározásának bizonytalansága elérheti az 5-20%-ot. Hátrány Csak az adott mérési összeállításra alkalmazható, a mérés összbizonytalansága >20% is lehet. 18

Relatív standardizálás A vizsgálandó mintával közösen, a mérendő elemek ismert tömegű mennyiségét (m s ) tartalmazó (kémiai) standardot is aktiválunk azonos körülmények között, homogénnek tekinthető neutrontérben. A meghatározandó m x tömeg: m x = Np tm D C Np tm D C minta standard m s, S minta =S standard A sp = N p/t m elemi standard specifikus számlálási sebessége S D C m Mérés A minta és standard mérése külön-külön, de azonos detektorral és mérési geometriában történik, valamint a nuklid ugyanazon energiájú sugárzását használjuk fel a kiértékelésnél. Előnye Szükségtelen a neutrontér jellemzése és a nukleáris konstansok ismerete ( th, epi,, I 0,... p.). Hátránya Munkaigényes (multielemes meghatározások), kedvező esetben 1% körüli pontosság érhető el, amit a standard előkészítési eljárás, a standard kémiai fomája, stabilitása határoz meg. 19

Komparátor standardizálás A mintával együtt egyetlen, alkalmasan kiválasztott standardot besugározunk, minden elemet egy komparátorra vonatkoztatunk. A k c faktorok kisérleti meghatározása minden vizsgálandó elemre Komparátorként leggyakrabban nagytisztaságú Au-, Ir-, Co-, Zn-, Cu-, Ni- vagy Fe elem ismert tömegével együtt sugározzuk be, együtt mérjük. A vizsgálandó mintákat a komparátorral együtt aktiváljuk, a k c faktorok imeretében a mennyiségi analízis elvégezhető. A k c faktor állandó, ha a mérési körülmények mindig azonosak (pl. új detektor üzembehelyezése a k c -faktorok újramérését eredményezi) és az aktiváló forrás neutrontere, termikus/epitermikus neutronfluxus aránya nem változik (BME Oktató Reaktor). Budapesti Kutatóreaktor: az időben változó neutrontér (10 napos zónaciklus, zónarendezések, izotópgyártás) miatt itt nem alkalmazható. 20

Általánosan használható standardizálási módszer Követelmények Elemi standardok használatának kiküszöbölése Minimális nukleáris adat felhasználás A besugárzás időtartama alatti neutronfuxus nagy pontosságú mérése (kevés, könnyen kezelhető monitor (fólia, drót)) A mérő detektorok pontos kalibrálásának kidolgozása Pontforrástól eltérő minták mérése Teljes hibaanalízis, nyomonkövethetőség 21

A k 0 módszer elve és paramétereinek meghatározása I. Mivel a Budapesti Kutatóreaktornál stabil, jól termalizált és nagy fluxusú (Ф s >10 13 n/cm 2 s) besugárzó csatornák vannak, laboratóriumunkban a Genti Egyetemmel való együttműködés keretében kidolgozott k 0 -standardizálási módszert használjuk (Simonits és mtsai., 1975, 1982). A k 0 -módszer elve Egy tetszőleges, meghatározandó elem standardját és egy komparátort (*) besugározva a mért számlálási sebességekre felírható: Np t m Np t m = w w S D C M θ S D C M θ σ 0 σ f+q 0 0 f+q ε p 0 ε p Q 0 = I 0 k σ 0 -tényező th 22

A k 0 módszer elve és paramétereinek meghatározása II. A k 0 -tényező Olyan nukleáris konstans, amely két elem specifikus aktivitásainak (A sp ) hányadosa tiszta termikus fluxusban (Ф e = 0) történő besugárzáskor. Besugárzási és mérési geometriától független. Adott magreakcióban keletkező nuklid, adott gamma-sugárzására jellemző A k 0 tényezők kísérleti meghatározása Au komparátorra. 1., Csupasz monitor módszerrel, ha f és Q 0 adatok nagy pontossággal ismertek k 0,Au (x) = A sp,x A sp,au f+q 0,x f+q 0,Au ε p,au ε p,x 2., Kadmium-különbség módszer (Cd-árnyékolással és anélkül besugározva) k 0,Au (x) = A sp,x A sp,au A sp,x Cd A sp,au Cd ε p,au ε p,x 23

A k 0 módszer elve és paramétereinek meghatározása III. Az irodalmi k 0 - tényezőket általában az arany komparátorra adják meg, egyetlen stabil izotópja és jellemző gamma-sugárzása van, az (n, ) magreakció nukleáris adatai (Q 0, T 1/2 ) jól ismertek. 197 Au(n, ) 198 Au, T 1/2 = 2.695 nap, E = 411.8 kev, k 0,Au 1 Ugyanakkor minden olyan izotóp használható komparátorként, amelyek k 0,Au (komp) tényezője pontosan ismert, illetve előzetesen meghatározott: k 0,komp (x) = k 0,Au (x) k 0,Au (komp), A k 0 - tényezők az irodalomban rendelkezésre állnak 144 (n, ill. (n,f) magreakcióra (k0-database-2015). 24

Elemi koncentráció számítása I. Az ismeretlen elem koncentrációja a W tömegű mintában a következő összefüggés alapján számítható: c x (ppm) = Np,x tm S D C W A sp,au 1 k 0,Au (x) f+q 0,Au ( ) f+q 0,x ( ) ε p,au ε p,x 10 6 f = Φ th Φ e, Q 0 = I 0 σ th, A sp,x = : epitermikus alaktényező N p,x t m S D C W 25

Elemi koncentráció számítása II. Bármely (n, ) reakció felhasználható analitikai célra, ha a jellemző k 0,Au (x) tényezők, a Q 0 és a felezési idő adatok nagy pontossággal ismertek. Kisérletileg meg kell határozni : az aktiváláskor fennálló f fluxusarányt (termikus/epitermikus) epitermikus alaktényezőt a detektor hatásfokának pontos energiakalibrálását 26

A reaktor neutronspektrumának jellemzése A termikus reaktor neutronspektruma igen széles energiatartományt fog át, melyet önkényesen három csoportra szokás felosztani. -termikus neutronfluxus (termikus neutronok, amelyek a környezettel termikus egyensúlyban vannak, energiájuk Maxwell-Bolzmann eloszlást követ (E<0.5 ev). Az (n, ) reakciók hatáskeresztmetszete neutron sebesség (1/v törvény) -epitermikus neutronfluxus (0,5 <E<100 ev ), ideális esetben 1/E -hasadási /gyorsneutronfluxus (100 ev<e<20 MeV) A termikus/epitermikus spektrum alakja függ a reaktor típusától, teljesítményétől, az aktív zóna kialakításától, a besugárzó hely elhelyezkedésétől. 27

Termikus nukleáris reaktor tipikus neutronfluxus-eloszlása 28

Termikus/epitermikus fluxusarány meghatározása f = Φ th fluxusarány meghatározására több kisérleti módszer (Cd arány) ismert, Φ e de legegyszerűbben cirkónium monitor alkalmazásával végezhető el. A Zr multiizotópos elem, két izotópjának aktiválását nagyon eltérő Q 0 érték jellemez, ezek nagy pontossággal ismertek. A mérhető gamma-vonalak nagy energiájúak (gamma-abszorpció elhanyagolható), koincidenciától mentesek. 94 Zr(n, ) 95 Zr Q 0 =5.31 és 96 Zr(n, ) 97 Zr Q 0 =251.6 k 0,Au (1) k ε p,1 Q 0,Au (2) ε 0,1 A sp,1 Q p,2 A 0,2 sp,2 f = A sp,1 k 0,Au (1) A sp,2 k ε p,1 0,Au (2) ε p,2 (1) 95 Zr (724.2+756.7 kev), (2) 97 Zr (743.3 kev) 29

Az paraméter szerepe I. Az 1/E lefutású epitermikus neutron spektrum csak bizonyos feltételek mellett teljesül. Az epitermikus neutronfluxus jól közelítheő az 1/E 1+α függvénnyel, ahol : az epitermikus alaktényező Az ideálistól való eltérés mérésére és a szükséges korrekciókra módszert dolgoztak, az (n, γ) reakciók többségénél a rezonanciák száma >100 E r effektív rezonanciaenergia fogalmának bevezetése I 0 ( ) és Q 0 ( ) számolása (I 0 és Q 0 = I 0 értékek táblázatokban) σ th a reakció sebesség számításánál bevezetett E r effektív rezonanciaenergia értékek alapján (Ryves) történik. Q 0 α = Q 0 0.429 E r α + 0.429 2α + 1 (0.55) α 30

Az paraméter szerepe II. Az értéke általában könnyűvizes moderátoroknál a zónához közeli, gyengén termalizált csatornákban negatív vagy nulla, Más típusú reaktoroknál (pl. grafit, nehézvíz moderált) értéke elérheti a +0.2-es értéket is. Egyes, kis teljesítményű reaktoroknál a besugárzó csatornák paraméterei évekig nem változnak, nagyobb teljesítményűeknél (intenzívebb fűtőelemkiégés) a gyakori zónaátrendezés miatt a csatornák paraméterei változnak. 31

Termikus/epitermikus fluxusarány és egyidejű meghatározása Három különböző módszer besugárzás Cd-árnyékolásban, Cd-árnyékolás és csupaszon, csak árnyékolás nélkül a hármas csupasz fólia monitorozási módszer a 94 Zr 96 Zr és 197 Au izotópok felhasználásával. A k 0 -standardizációs módszer alkalmazása során használt monitorok jellemző nukleáris adatai Target izotóp Keletkező izotóp 94 Zr 95 Zr Felezési idő 64.02 nap E (kev) k 0,Au E r (ev) Q 0 724.2 8.90E-5 756.7 1.10E-4 6260 5.31 96 Zr 97 Zr 97m Nb 16.74 óra 743.3 1.24E-5 338 251.6 197 Au 198 Au 2.7 nap 411.8 1 5.65 15.7 32

HPGe detektor kalibrált pontforrásokkal mért hatásfokgörbéje (d=25 cm) 33

A detektor kalibrálásához használt izotópstandardok Nuclide Code Supp lier Activity kbq Ref. Date (MM-DD-YYYY) Co-60 2009-1143 PTB 201.0 1.4 06-01-2009 00:00:00 Ba-133 200-1831 PTB 213.4 1.2 06-01-2012 00:00:00 Cs-137 2010-1833 PTB 178.0 1.8 06-01-2012 00:00:00 Eu-152 2008-017 OMH 204.1 2% 05-01-2008 12:00:00 Ra-226 2012 402-84 PTB 159.0 4.0 06-01-2012 00:00:00 Am-241 2008-2128 PTB 112.4 1.2 06-01-2012 00:00:00 Kiegészítő standardok (reaktorban vagy gyorsítóban előállított ) Cr-51, Co-56 Zn-65 Au-198, Ag-110m, Se-75,... 34

A k 0 -NAA módszerrel mérhető elemek 35

Különböző elemekre INAA-val mért kimutatási határok környezeti mintákban M. Kubesová, k0 standardization in neutron activation analysis, PhD Thesis, 2012 36

Rövid felezési idejű radionuklidok alapján meghatározható elemek (T 1/2 =15s - 5 h ) 37

Közepes felezési idejű radionuklidok alapján meghatározható elemek (T 1/2 = 5h 10 nap ) 38

Hosszú felezési idejű radionuklidok alapján meghatározható elemek (T 1/2 10 nap ) 39

k 0 - NAA eljárás főbb lépései Mintaelőkészítés Besugárzás A radioaktivitás mérése A spektrumok kiértékelése Analitikai számítások 40

Mintaelőkészítés I. Minimális mintaelőkészítés (homogenizálás, felületi maratás, mosás, szárítás, szemcseméret szerinti szétválasztás,..). Nedvességtartalom (talaj, környezeti, biológiai minták,..), száraz/nedves faktor meghatározása külön mintán, a mintával azonos körülmények mellett (1-3 g minta, 105 C, súlyállandóságig) Hiteles anyagminták (referenciaanyagok) esetében előírás szerint. Homogenitás ellenőrzése (5-8 random minta analízise, koncentráció meghatározás 5-6 elemre). 41

Mintaelőkészítés II. Laboratóriumi eszközök tisztítása, minták tárolása Bemérések (néhány mg 200 mg) Minták előkészítése besugárzáshoz Rövid idejű aktiválás: pasztilla, PE mintatartó, Vespel hordozó tok Hosszú idejű aktiválás: Heraeus Suprasil, nagytisztaságú kvarc ampulla, 6 cm hosszú, 6 mm, zárt kvarc ampulla, Al fólia csomagolás Speciális besugárzó geometria (Cd tok, hűtés) 42

Mintaelőkészítés, besugárzás és mérés során használt eszközök 43

A besugárzást követő mintakezelés Kvarc ampullák tisztítása : felületi szennyezés eltávolítása HF, ecetsav, HNO 3 marató eleggyel Szennyező komponensek koncentrációjának ellenőrzése: nagytisztaságú Al fólia, Whatman 41 szűrőpapír, kvarc, PE, teflon (PTFE) csomagoló anyagokban, blank korrekció 44

Besugárzási és mérési időparaméterek megválasztása csoportos optimalizációs számítások és tapasztalati megfontolások alapján A várható aktivitás számítása a besugárzandó minta ismert tömege, a korábban meghatározott fluxusparaméterek, mérési geometria, detektor hatásfok alapján. A besugárzás helyén fennálló hőmérsékleti és sugárzási viszonyok figyelembe vétele (nedvességtartalom, szerves komponensek,..). A neutrontér inhomogenitás kedvezőtlen hatásának csökkentése (besugárzó tok forgatása a besugárzás ideje alatt). 45

Rövid ciklusú besugárzás (20 s -5 perc) Pneumatikus csőposta (Budapesti Kutatóreaktor) Фth = 5.3 10 13 n/cm 2 s f = th/ epi = 37, = 0.010 (az epitermikus neutronfluxus jól közelítheő az 1/E 1+α függvénnyel, ahol : epitermikus alaktényező) 10 elem Izotópok: 24 Na, 27 Mg, 28 Al, 38 Cl, 49 Ca, 51 Ti, 52 V, 56 Mn, 66 Cu, 139 Ba 46

Jellemző besugárzási és mérési paraméterek Besugárzási idő : 2 min Mérési paraméterek (Geo: detektor - minta távolság, mm) 1 st 2 nd Minta Geo (mm) tm (perc) td (perc) Geo (mm) tm (perc) td (óra) Növény 100 10 2 100 5-30 2.6-4.6 Talaj 200-250 5 15-25 200 5-20 3.3-4.5 Monitor Geo tm td (mm) (perc) (óra) Zr 250 900 93 Au 100 10 25 47

Hosszú ciklusú besugárzás (12-24 óra) Budapesti Kutatóreaktor Forgó csatorna (No 17, =54 mm) Фth=2.1 10 13 n/cm 2 s f = th/ epi= 47 = 0.010 22 elem (talaj minta) Izotópok: 24 Na, 42 K, 46 Sc, 47 Ca, 51 Cr, 59 Fe, 60 Co, 65 Zn, 72 Ga, 76 As, 82 Br, 85 Sr, 86 Rb, 99 Mo, 122 Sb, 124 Sb, 131 Ba, 134 Cs, 140 La, 141 Ce, 187 W, 239 Np, 233 Pa B Pneumatikus csőposta 48

Jellemző besugárzási és mérési paraméterek Besugárzási idő: 24 h Mérési paraméterek(geo: detektor- minta távolság, mm) Minta 1 st 2 nd 3 rd Geo (mm) tm (perc) td (óra) Geo (mm) tmeas (perc) td (nap) Geo (mm) tm (óra) td (nap) Növény 200 30-300 60-100 100 60 7-10 100 1-15 20-25 Talaj 250 5-15 90-120 200 60 10-12 100 200 5-10 25-30 Monitor Zr 250 10 92 Au 250 2 95 Fe 250 20 280 49

Mérés és kiértékelés k 0 -módszer NAA referencia laboratórium Rendszeres összemérések Gamma-spektrométer: Alacsony hátterű vaskamrába telepített HPGe detektor és gamma spektrométer. Gamma-spektrum kiértékelés: Hypermet-PC (saját fejlesztés), Hyperlab Koncentráció-számolás: k 0 -IAEA, Kayzero-SOLCOI

Sc-46 Eu-152 Zn-65 Geológiai minta gamma-spektrumának egy részlete a HyperLab-programmal illesztve. 51

Összefoglalás-a módszer analitikai jellemzése Nagy érzékenység (60-70 elem esetében <0.01 μg). Az atommagokban lejátszódó magreakciókon alapul (izotópspecifikus). Multielemes eljárás, ami egyidejüleg több elem egymás melletti meghatározását teszi lehetővé (pl. Ritkaföldfémek), többnyire roncsolásmentes. A vizsgálatokhoz kis tömegű minta (1mg-100 mg) elegendő. A mért jel és az elem mennyisége közötti összefüggés gyakorlatilag független a minta összetételétől. Külső szennyezők nem zavarnak (besugárzás után). Egyszerűen és igen pontosan lehet standardizálni, ezért elterjedten alkalmazzák standard referencia anyagok nyomelem-koncentrációinak hitelesítésére (Referencia módszer). 52

Irodalom 1. Szabó E., Simonits A.: Aktivációs analízis. Műszaki Könyvkiadó, Budapest 1973. 2. A. Simonits, F. de Corte, J. Hoste: Zirconium as a multi-isotopic flux ratio monitor and a single comparator in reactor-neutron activation analysis. J. Radioanal. Chem. (1976) 31, 467-486. 3. A. Simonits, F. de Corte, L. Moens, J. Hoste: Status and recent developments int he k0-standardization method. J. Radioanal. Chem. (1982) 72, 209-230. 4. De Corte F.: The k 0 -standardization method. Doktori értekezés. Rijksuniversiteit Gent, Gent 1987. 5. De Corte F., Simonits A.: Recommended nuclear data for use in the k 0 standardization of neutron activation analysis Atomic Data and Nuclear Data Tables 85 (2003) 47 67. 6. Az elemanalitika korszerű módszerei. Akadémiai Kiadó, Budapest, 2006. Szerkesztette Záray Gyula. 7. M. Kubesová, k 0 - standardization in neutron activation analysis, PhD Thesis, Rez, 2012. 53