RADANAL Kft. www.radanal.kfkipark.hu MTA Izotópkutató Intézet www.iki.kfki.hu Nagy érzékenyégű módszerek hosszú felezési idejű nehéz radioizotópok analitikájában Vajda N., Molnár Zs., Bokori E., Groska J., Mácsik Zs., Széles É. XXXV. Sugárvédelmi Továbbképző Tanfolyam, Hajdúszoboszló, 2010. ápr. 27-29.
Tartalom Hosszú felezési idejű izotópok Radiometriai módszerek α-spektrometria β-spektrometria γ- és X-spektrometria NAA Tömegspektrometriás módszerek: ICP-MS AMS RIMS Példák: Sr, Pu, Np izotópok elemzése
Hosszú felezési idejű radioizotópok Izotóp Felezési Bomlási Fajlagos idő mód aktivitás Bq/g 89Sr 50 d β 1,09E+15 55Fe 2,73 y EC 8,36E+13 60Co 5,27 y β 5,88E+13 228Ra 5,75 y β 1,01E+13 3H 12,30 y β 3,57E+14 241Pu 14,35 y β 3,82E+12 210Pb 22,3 y β 2,83E+12 90Sr 29,1 y β 5,06E+12 137Cs 30,2 y β 3,20E+12 238Pu 87,7 y α 6,34E+11 63Ni 100,1 y β 2,10E+12 241Am 432,2 y α 1,27E+11 226Ra 1600 y α 3,66E+10 14C 5730 y β 1,65E+11 240Pu 6563 y α 8,40E+09 229Th 7340 y α 7,87E+09 239Pu 24110 y α 2,30E+09 Izotóp Felezési Bomlási Fajlagos idő mód aktivitás Bq/g 230Th 75380 y α 7,63E+08 59Ni 76400 y EC, β+ 2,94E+09 41Ca 0,103 My EC 3,14E+09 233U 0,1492 My α 3,80E+08 99Tc 0,211 My β 6,34E+08 234U 0,2455 My α 2,30E+08 36Cl 0,301 My β 1,22E+09 242Pu 0,3733 My α 1,46E+08 79Se 1,13 My β 2,08E+08 237Np 2,144 My α 2,60E+07 135Cs 2,3 My β 4,26E+07 129I 15,7 My β 6,49E+06 236U 23,4 My α 2,40E+06 244Pu 80,8 My α 6,71E+05 235U 703,8 My α 8,00E+04 238U 4468 My α 1,24E+04 232Th 14050 My α 4,06E+03 α β γ X
A környezet monitorozása Izotóp Felezési Bomlási Fajlagos idő mód aktivitás Bq/g 89Sr 50 d β 1,09E+15 55Fe 2,73 y EC 8,36E+13 60Co 5,27 y β 5,88E+13 228Ra 5,75 y β 1,01E+13 3H 12,30 y β 3,57E+14 241Pu 14,35 y β 3,82E+12 210Pb 22,3 y β 2,83E+12 90Sr 29,1 y β 5,06E+12 137Cs 30,2 y β 3,20E+12 238Pu 87,7 y α 6,34E+11 63Ni 100,1 y β 2,10E+12 241Am 432,2 y α 1,27E+11 226Ra 1600 y α 3,66E+10 14C 5730 y β 1,65E+11 240Pu 6563 y α 8,40E+09 229Th 7340 y α 7,87E+09 239Pu 24110 y α 2,30E+09 Izotóp Felezési Bomlási Fajlagos idő mód aktivitás Bq/g 230Th 75380 y α 7,63E+08 59Ni 76400 y EC, β+ 2,94E+09 41Ca 0,103 My EC 3,14E+09 233U 0,1492 My α 3,80E+08 99Tc 0,211 My β 6,34E+08 234U 0,2455 My α 2,30E+08 36Cl 0,301 My β 1,22E+09 242Pu 0,3733 My α 1,46E+08 79Se 1,13 My β 2,08E+08 237Np 2,144 My α 2,60E+07 135Cs 2,3 My β 4,26E+07 129I 15,7 My β 6,49E+06 236U 23,4 My α 2,40E+06 244Pu 80,8 My α 6,71E+05 235U 703,8 My α 8,00E+04 238U 4468 My α 1,24E+04 232Th 14050 My α 4,06E+03 α β γ X
A környezet monitorozása Természetes eredetű izotópok Izotóp Felezési Bomlási Fajlagos idő mód aktivitás Bq/g 89Sr 50 d β 1,09E+15 55Fe 2,73 y EC 8,36E+13 60Co 5,27 y β 5,88E+13 228Ra 5,75 y β 1,01E+13 3H 12,30 y β 3,57E+14 241Pu 14,35 y β 3,82E+12 210Pb 22,3 y β 2,83E+12 90Sr 29,1 y β 5,06E+12 137Cs 30,2 y β 3,20E+12 238Pu 87,7 y α 6,34E+11 63Ni 100,1 y β 2,10E+12 241Am 432,2 y α 1,27E+11 226Ra 1600 y α 3,66E+10 14C 5730 y β 1,65E+11 240Pu 6563 y α 8,40E+09 229Th 7340 y α 7,87E+09 239Pu 24110 y α 2,30E+09 Izotóp Felezési Bomlási Fajlagos idő mód aktivitás Bq/g 230Th 75380 y α 7,63E+08 59Ni 76400 y EC, β+ 2,94E+09 41Ca 0,103 My EC 3,14E+09 233U 0,1492 My α 3,80E+08 99Tc 0,211 My β 6,34E+08 234U 0,2455 My α 2,30E+08 36Cl 0,301 My β 1,22E+09 242Pu 0,3733 My α 1,46E+08 79Se 1,13 My β 2,08E+08 237Np 2,144 My α 2,60E+07 135Cs 2,3 My β 4,26E+07 129I 15,7 My β 6,49E+06 236U 23,4 My α 2,40E+06 244Pu 80,8 My α 6,71E+05 235U 703,8 My α 8,00E+04 238U 4468 My α 1,24E+04 232Th 14050 My α 4,06E+03 α β γ X
Nukleáris hulladék, leszerelés Izotóp Felezési Bomlási Fajlagos idő mód aktivitás Bq/g 89Sr 50 d β 1,09E+15 55Fe 2,73 y EC 8,36E+13 60Co 5,27 y β 5,88E+13 228Ra 5,75 y β 1,01E+13 3H 12,30 y β 3,57E+14 241Pu 14,35 y β 3,82E+12 210Pb 22,3 y β 2,83E+12 90Sr 29,1 y β 5,06E+12 137Cs 30,2 y β 3,20E+12 238Pu 87,7 y α 6,34E+11 63Ni 100,1 y β 2,10E+12 241Am 432,2 y α 1,27E+11 226Ra 1600 y α 3,66E+10 14C 5730 y β 1,65E+11 240Pu 6563 y α 8,40E+09 229Th 7340 y α 7,87E+09 239Pu 24110 y α 2,30E+09 Izotóp Felezési Bomlási Fajlagos idő mód aktivitás Bq/g 230Th 75380 y α 7,63E+08 59Ni 76400 y EC, β+ 2,94E+09 41Ca 0,103 My EC 3,14E+09 233U 0,1492 My α 3,80E+08 99Tc 0,211 My β 6,34E+08 234U 0,2455 My α 2,30E+08 36Cl 0,301 My β 1,22E+09 242Pu 0,3733 My α 1,46E+08 79Se 1,13 My β 2,08E+08 237Np 2,144 My α 2,60E+07 135Cs 2,3 My β 4,26E+07 129I 15,7 My β 6,49E+06 236U 23,4 My α 2,40E+06 244Pu 80,8 My α 6,71E+05 235U 703,8 My α 8,00E+04 238U 4468 My α 1,24E+04 232Th 14050 My α 4,06E+03 α β γ X
Méréstechnikák Radiometria α β γ X α-spektrometria: Si β-spektrometria: LSC γ-spektrometria: Ge X-spektrometria: Si(Li) NAA Tömegspektrometria m/z TIMS, GDMS SIMS ICP-MS AMS RIMS
Fajlagos aktivitások 89 Sr Radiometria 90 Sr 238 Pu 240 Pu 239 Pu 237 Np Tömegspektrometria
counts α-spektrometria Si félvezető detektoros α-spektrométer jellemzői főbb interferenciák mátrix néhány α bomló analízis idő 1-10 nap LD 0,1 mbq ha T 1/2 1 My ha T 1/2 1 ky 1 pg 1 fg 60 50 40 30 20 $ olcsó 10 0 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 channel
counts β-spektrometria LSC LS-spektrométer jellemzői főbb interferenciák mátrix α, β bomló izotópok analízis idő 1-10 nap Bétaspektrum: 90 Sr- 90 Y LD 10 mbq ha T 1/2 1 My 100 pg ha T 1/2 1 ky 100 fg 700 600 500 400 300 200 100 $ olcsó 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 channel
Tömegspektrometria ICP-MS ICP-MS jellemzői interferenciák izobár, poliatomos, tailing (abundance sensitivity) analízis idő 1-2 perc LD (ng) fg=10-15 g 10 6 atom ha T 1/2 1 My 0,1 Bq 10 6 atom ha T 1/2 1 ky 0,1 mbq izotóparány precíz mérése $ drága
Tömegspektrometria AMS AMS jellemzői interferenciák (izobár), (poliatomos), tailing (abundance sensitivity) negatív ionokra jó csak! analízis idő 1-2 perc LD 0,1 fg 10 5 atom ha T 1/2 1 My 0,1 Bq ha T 1/2 1 ky 0,1 mbq izotóparány (10-10 ) precíz mérése $ drága (100 berendezés)
Tömegspektrometria RIMS RIMS jellemzői interferenciák (izobár: >10 8 ), (poliatomos), tailing (abundance sensitivity) analízis idő 1-2 perc LD atto g=10-18 g ha T 1/2 1 My 0,1 mbq ha T 1/2 1 ky 0,1 µbq izotóparány (10-13 ) precíz mérése $ drága (nincs kereskedelmi forgalomban) 10 4 atom
90 Sr, 89 Sr elemzés 89, T 1/ 2 Sr 51 d 90, T1 / 2 28y 90, T1 / 2 64h 90 Sr Y Zr Feltárás Sr vagy Y kémiai elválasztása: Ca-oxalát együttleválasztás Sr Resin extrakciós kromatográfia Sr forrás Sr izotópok mérése
90 Sr, 89 Sr elemzés Radiometria LSC ICP-MS AMS RIMS Interferencia Más β-sugárzók Izobár: 90 Zr Izobár: 90 Zr LD 90 Sr *Ba, *Pb vagy *Th, *Y Mátrix Molekuláris Stabil Sr Stabil Sr: 88 Sr Stabil Sr 10 mbq 10 7 atom 10 mbq 500 mbq 5*10 8 atom 500 mbq 40 mbq 4*10 7 atom 40 mbq 1.5 mbq 2*10 6 atom 2*10 6 atom 2 mbq LD 89 Sr 10 mbq 10 5 atom NM NM NM
238 Pu, 239 Pu, 240 Pu elemzés Pu év 238,87 Pu év 239,24000 Pu év 240,6563 Feltárás Pu kémiai elválasztása: TRU extrakciós kromatográfia Pu forrás Pu izotópok mérése α-spekt. MS
238 Pu, 239 Pu, 240 Pu elemzés Radiometria α- spektrometria ICP-MS AMS RIMS Interferencia Más α-sugárzók Izobár: 238 U Izobár: 238 U LD 238 Pu LD 239 Pu LD 240 Pu 241 Am, 210 Po, Th 239 Pu- 240 Pu Tailing (kis abund.sens.) Mátrix Molekuláris (UH + ) Pb, Hg, Ln 0,1 mbq, 0,5 fg 0,1 mbq 10 8 atom 50 fg 10 8 atom 50 fg (1 µbq) 10 6 atom 1 fg (1 µbq) 10 6 atom 1 fg 238 Pu, 239+240 Pu 239 Pu, 240 Pu 239 Pu, 240 Pu 239 Pu, 240 Pu
237 Np elemzése összetett eljárásban 237 6 Np 237 Np(n, ) ;2,14*10 év 238, ;2,1nap Np Feltárás Csapadékos koncentrálás Np kémiai elválasztása: Extrakciós kromatográfia UTEVA Extrakciós kromatográfia UTEVA Np forrás Méréstechnika α-spektr. ICP-MS
237 Np elemzés Radiometria α- spektrometria ICP-MS AMS RIMS Interferencia Más α-sugárzók Izobár: - Izobár: - LD 237 Np 234 U, Th, TRU Tailing (kis abund.sens. 238 U) Mátrix 0,1 mbq 10 10 atom 1 pg Molekuláris Ag, Ta, W, Tl, Hg, Pd, Eu 10 nbq 10 6 atom 0,1 fg 10 µbq 10 9 atom 100 fg RNAA LD 0,01 mbq
Összefoglalás Nagy érzékenységű tömegspektrometria módszereket fejlesztettek ki: ICP-MS: 10 6 atom ( fg) AMS: 10 5 atom RIMS: 10 4 atom Nehéz elemekre/izotópokra az ICP-MS van kereskedelmi forgalomban. Magyarországon nincs AMS, RIMS. Rövid felezési idejű nuklidokra a radiometriás módszerek a legérzékenyebbek ( 89 Sr, 90 Sr). A radiometriás és tömegspektrometriás módszerek egymást kiegészíthetik (Pu izotópok). A nagyon hosszú felezési idejű izotópokra a tömegspektrometriás módszerek a legérzékenyebbek ( 237 Np). A radiometriás módszerek olcsóbbak és lassabbak.
Irodalom: N. Vajda, C. K. Kim: Determination of Pu isotopes by alpha spectrometry: a review of analytical methodology, J. Radioanal. Nucl. Chem. 2010, 283, 203-223 N. Vajda, C. K. Kim: Determination of 241Am by alpha spectrometry: a review of analytical methodology, J. Radioanal. Nucl. Chem., 284(2), 341-366, 2010. N. Vajda, C-K. Kim: Determination of radiostrontium isotopes: A review of analytical methodology, Applied Radiation and Isotopes (under publication) Köszönöm a figyelmet!