ŐSZI RADIOKÉMIAI NAPOK 2009 Pécs, 2009. október 14-16 A konferencia programja és előadás kivonatai
Őszi Radiokémiai Napok 2009 Pécs, 2009. október 14-16 A konferencia szervezői: az MTA Radiokémiai Bizottság és munkabizottságai (URL: http://www.kfki.hu/~cheminfo/osztaly/bizott/radio.html) és a Magyar Kémikusok Egyesülete Radioanalitikai Szakcsoportja (URL: http://www.mke.org.hu) A kiadványt szerkeszti: Szentmiklósi László MTA Radiokémia Bizottság E-mail: szentm@iki.kfki.hu ISBN 978-963-9970-01-4
A konferencia megrendezését támogatta: A rendezvényen kiállítóként vesz részt: Canberra Packard Kft. 1118 Budapest, Pannonhalmi út 35/A Telefon: 06 1 248 2420, Fax: 06 1 248 2424 E-mail: c.buda@cpce.net
TARTALOM Oldal Regisztráció, szállás, étkezés és közlekedés 5 A konferencia programja 6 A konferencia előadás kivonatai - szerda 12 Hevesy György Ifjúsági Nívódíj pályázatok 19 A konferencia előadás kivonatai - csütörtök 63 A konferencia előadás kivonatai - péntek 74 Book of abstracts 85 Résztvevők listája 103 4
Regisztráció Hotel Pátria 7621 Pécs, Rákóczi u. 3. 2009. október 14, szerda, 11:00 14:00 Szállás és étkezés Hotel Pátria 7621 Pécs, Rákóczi u. 3. 2009. október 14., szerda Ebéd: 13:00-14:00 Vacsora: 19:30-20:30 2009. október 15., csütörtök Reggeli: 07:30 08:30 Ebéd: 12:30 13:30 Bankett: 19:30 2009. október 16., péntek Reggeli: 07:30 08:30 Ebéd: 13:10 14:30 Közlekedés Autóbusz menetrend: http://www.menetrendek.hu/cgi-bin/menetrend/html.cgi Vasúti menetrend: GPS: http://elvira.mavinformatika.hu/ http://www.mav-start.hu 46 04 27.37 É, 18 13 17.13 K 5
A konferencia PROGRAMJA
2009. OKTÓBER 14, SZERDA 14:00 14:15 Az Őszi Radiokémiai Napok 2009 megnyitása Homonnay Zoltán, MTA RKB & MKE I. szekció Elnök: Homonnay Zoltán Tétényi Pál és Vértes Attila köszöntése 14:15 14:20 A szekció megnyitása: Homonnay Zoltán 14.20 15:00 Lázár Károly: KATALIZÁTOROK VIZSGÁLATA IN SITU MÖSSBAUER-SPEKTROSZKÓPIÁVAL 15:00 15:40 Nagy Dénes Lajos: EGYRE KÖZELEBB AZ 57 Co(EC) 57 Fe BOMLÁS PILLANATÁHOZ: FIZIKAI ÉS KÉMIAI UTÓHATÁSOK 57 Co:LiNbO 3 - BAN A µs FS IDŐSKÁLÁN 15:40 15:50 Az ünnepeltek válasza 15:50 16:10 Szünet II.szekció Elnök: Lévay Béla 16:10 16:30 Vankó György, Glatzel Pieter, Milne Chris J., Abela Rafael, Grolimund Daniel, Bressler Christian: ULTRAGYORS FOLYAMATOK VIZSGÁLATA RÖNTGENEMISSZIÓS SPEKTROSZKÓPIÁVAL 16:30 16:50 Vajda-Katona Tünde, Kovács András, Kelemen András: RETROSPEKTÍV DOZIMETRIA, MINT NUKLEÁRIS TÖRVÉNYSZÉKI VIZSGÁLATI MÓDSZER 16:50 17:10 M. Nagy Noémi, Kónya József: ELEKTROLITOLDATOK MEGKÖTŐDÉSE SZILÁRD FELÜLETEN: HOGYAN CSINÁLJUNK HOMOGÉN FELÜLETBŐL HETEROGÉNT? 17:10 17:30 Fejős Nikoletta, Tömböly Csaba: TRÍCIUMMAL JELZETT VAZOPRESSZIN V 1B RECEPTOR AGONISTA ELŐÁLLÍTÁSA FUNCIONÁLIS VIZSGÁLATOK CÉLJÁRA 17:30 17:50 Szünet III.szekció Elnök: Homonnay Zoltán 17:50 18:50 A RADIOKÉMIAI BIZOTTSÁG NYÍLT ÜLÉSE 19:30 Vacsora 7
2009. OKTÓBER 15, CSÜTÖRTÖK A Hevesy György Ifjúsági Nívódíjért folyó verseny megnyitása 08:30 08:40 Solymosi József, Lévay Béla IV.szekció Elnök: Vértes Attila A Hevesy György Ifjúsági Nívódíjért versenyezők szekciója 08:40 09:00 Berkesi Kata, Nagyné Szabó Andrea, Horváthné Deák Emese, Baja Bernadett, Varga Kálmán, Oravetz Dezső, Halmos Pál, Schunk János: ATOMERŐMŰVI KÉMIAI DEKONTAMINÁCIÓS TECHNOLÓGIA HATÉKONYSÁGÁNAK VIZSGÁLATA 09:00 09:20 Répánszki Réka, Sziklainé László Ibolya, Kerner Zsolt: HASADÁSI- ÉS KORRÓZIÓS TERMÉK ADSZORPCIÓ PRIMERKÖRI SZERKEZETI ANYAGOKON 09:20 09:40 Mácsik Zsuzsanna, Shinonaga Taeko: KÖRNYEZETI MINTÁK PU TARTALMÁNAK NAGY PONTOSSÁGÚ MEGHATÁROZÁSA BIZTOSÍTÉKI ELLENŐRZÉSEK CÉLJÁBÓL 09:40 10:00 Katona Róbert, Varga Zsolt, Stefánka Zsolt, Maria Wallenius, Klaus Mayer: RITKAFÖLDFÉMEK MEGHATÁROZÁSA URÁN-OXID MINTÁBÓL EXTRAKCIÓS KROMATOGRÁFIA ALKALMAZÁSÁVAL INDUKTÍV CSATOLÁSÚ PLAZMA TÖMESPEKTROMETRIÁVAL 10:00 10:20 Homlok Renáta, Takács Erzsébet, Wojnárovits László: NAGYHATÉKONYSÁGÚ OXIDÁCIÓS ELJÁRÁSOK A KÖRNYEZETVÉDELEMBEN: VÍZBEN OLDOTT SZERVES ANYAGOK LEBONTÁSA NAGYENERGIÁJÚ SUGÁRZÁSSAL 10:20 10:50 Szikra Dezső, Jószai István, Mikovicz Tünde, Kéki Sándor, Galuska László, Mikecz Pál: L-[11C-METIL]METIONIN SZENNYEZŐINEK AZONOSÍTÁSA ÉS MENNYISÉGI MEGHATÁROZÁSA 10:50 11:10 Szünet, szavazás (Hevesy György Ifjúsági Nívódíj) V.szekció Elnök: Solymosi József 11:10 11:30 Révay Zsolt, Szentmiklósi László: PÁSZTÁZÓ NEUTRON- MIKROSZKÓP? 11:30 11:50 Kasztovszky Zsolt, T. Biró Katalin, Markó András, Tihomila Tezak-Gregl, Marcel Buric, Rajna Sosic, Szilágyi Veronika, Szakmány György: OBSZIDIÁN ESZKÖZÖK EREDETVIZSGÁLATA PGAA-VAL ÚJABB EREDMÉNYEK 11:50 12:10 Belgya Tamás: AZ EFNUDAT PROJEKT 12:10 12:30 Szentmiklósi László, Andrey N. Berlizov, Kis Zoltán, Belgya Tamás: A BUDAPESTI PROMPT GAMMA SPEKTROMÉTER VÁLASZ- FÜGGVÉNYÉNEK MEGHATÁROZÁSA MONTE-CARLO SZIMULÁCIÓVAL 8
12:30 13:30 Ebédszünet VI.szekció Elnök: Lázár Károly 13:30-13:50 Homonnay Zoltán, Csuvár Nóra, Virender Sharma, Kuzmann Ernő: REAKCIÓMECHANIZMUS VIZSGÁLATA MEGFAGYASZTOTT OLDATOS MÖSSBAUER-SPEKTROSZKÓPIÁVAL VAS-KELÁTOK ÉS HIDROGÉN-PEROXID ILL. PEROXI-NITRIT REAKCIÓJÁBAN 13:50-14:10 Németh Zoltán, Klencsár Zoltán, Vértes Attila, Jean-Marc Greneche: STRONCIUM HELYETTESÍTETT KOBALTÁT PEROVSZKITOK MÁGNESES KLASZTEREINEK ÖSSZETÉTELE MÖSSBAUER- SZEMMEL 14:10 14:40 Kuzmann Ernő, Szalay Roland, Vértes Attila, Homonnay Zoltán, Pápai Imre, de Chatel Péter, Klencsár Zoltán, Szepes László: 157.5 T BELSŐ MÁGNESES TÉR MEGFIGYELÉSE ÉS ÉRTELMEZÉSE Fe[C(SiMe 3 ) 3 ] 2 KOMPLEX VEGYÜLETBEN 14:40-15:00 Kovács Krisztina, Kuzmann Ernő, Vértes Attila, Homonnay Zoltán, Telegdi Judit, Wolfgang Sand: PIRIT BIOLÓGIAI OLDÓDÁSÁNAK VIZSGÁLATA MÖSSBAUER-SPEKTROSZKÓPIÁVAL 15:00-15:20 Marek Tamás, Süvegh Károly: AZ MTA NKI ELTE KI POZITRON- ANNIHILÁCIÓS LABORATÓRIUM LEGÚJABB EREDMÉNYEI ÉS A KAPCSOLÓDÓ TERVEZETT FEJLESZTÉSEK 15:20 15:40 Szünet 15:40 16:10 Várhegyi András: A MECSEK-ÖKO KÖRNYEZETVÉDELMI ZRT. BEMUTATKOZÓ ELŐADÁSA 16:10 18:10 Látogatás a MECSEK-ÖKO ZRT. telephelyén 18:30 19:30 Hevesy György Ifjúsági Nívódíj: a szavazatok összeszámolása és a bírálóbizottság ülése 19:30 Bankett és a Hevesy György Ifjúsági Nívódíj eredményhirdetése 9
2009. OKTÓBER 16, PÉNTEK VII.szekció Elnök: Varga Kálmán 08:30 08:50 Baja Bernadett, Radó Krisztián, Kádár Péter, Németh Zoltán, Varga Kálmán, Nagyné Szabó Andrea, Schunk János, Patek Gábor: KÉMIAI DEKONTAMINÁCIÓS TECHNOLÓGIÁK HATÉKONYSÁGÁNAK VALAMINT KORRÓZIÓS ÉS FELÜLETKÉMIAI HATÁSAINAK ÖSSZEHASONLÍTÓ ELEMZÉSE 08:50 9:10 Radó Krisztián, Baja Bernadett, Kádár Péter, Varga Kálmán, Oravetz Dezső, Kristófné Makó Éva, Pintér Tamás: A PAKSI ATOMERŐMŰ TURBINA- KONDENZÁTORÁBÓL KIVÁGOTT CSŐMINTA KORRÓZIÓS VIZSGÁLATA 09:10 09:30 Nagyné Szabó Andrea, Varga Kálmán, Baja Bernadett, Németh Zoltán, Kristófné Makó Éva, Oravetz Dezső, Homonnay Zoltán, Kuzmann Ernő, Schunk János, Patek Gábor: KORRÓZIÓS-ERÓZIÓS TENDENCIÁK A PAKSI ATOMERŐMŰ GŐZFEJLESZTŐIBEN 09:30 09:50 Németh Péter, Menyhárt Ádám, Baradlai Pál, Oldal Ottó, Pintér Tamás: FŰTŐELEM-INHERMETIKUSSÁGI VIZSGÁLAT A PAKSI ATOMERŐMŰ 4. BLOKKJÁN 09:50 10:10 Szünet VIII.szekció Elnök: Schiller Róbert 10:10 10:30 Menyhárt Ádám, Németh Péter, Baradlai Pál, Oldal Ottó, Pintér Tamás, Ferencz Bernadette: FŰTŐELEM-INHERMETIKUSSÁGI VIZSGÁLAT A PAKSI ATOMERŐMŰ 4. BLOKKJÁN 2 RÉSZ: A TELESZKÓP SIPPING VIZSGÁLAT VÉGREHAJTÁSA, TAPASZTALATAI 10:30 10:50 Osváth Szabolcs, Vajda Nóra, Molnár Zsuzsa, Stefánka Zsolt, Széles Éva: ZR-93 MEGHATÁROZÁSA ATOMERŐMŰI HULLADÉKOKBAN 10:50 11:10 Janovics Róbert, Bihari Árpád, Major Zoltán, Molnár Mihály, Sándor Lászlóné, Palcsu László, Papp László, Veres Mihály: A BÁTAAPÁTI KIS ÉS KÖZEPES AKTIVITÁSÚ RADIOAKTÍV HULLADÉKTÁROLÓ ÜZEMELTETÉS ELŐTTI KÖRNYEZETI FELMÉRÉSE 11:10 11:30 Szünet 10
IX. szekció Elnök: Környei József 11:30 11:50 Jószai István, Kertész István: A [ 18 F]FLUOROMIZONIDAZOL PET HIPOXIA MARKER ELŐÁLLÍTÁSA NEM KONVENCIONÁLIS MÓDSZERREL 11:50 12:10 Tóth Géza, Keresztes Attila, Farkas Judit, Jayapalreddy Mallareddy, Szemenyei Erzsébet: ÚJ TRÍCIÁLT NEUROPEPTIDE ANALOGOK MINT KUTATÁSI ESZKÖZÖK 12:10 12:30 Wojnárovits László: KUTATÁSOK IZOTÓPOKKAL: 50 ÉVES AZ IZOTÓPKUTATÓ INTÉZET 12:30 12:50 Horváth Ákos: 50 ÉVES A BUDAPESTI KUTATÓREAKTOR 12:50 13:00 Az Őszi Radiokémiai Napok 2009 zárszava: Kónya József 13:00 Ebéd, hazautazás 11
A konferencia ELŐADÁS KIVONATAI 2009. október 14., szerda
Katalizátorok vizsgálata in situ Mössbauer-spektroszkópiával Lázár Károly MTA Izotópkutató Intézet, 1525 Budapest, Pf. 77 A többszörösen is évfordulókhoz kötődő előadás a Mössbauer-spektroszkópia módszerének hordozós katalizátorok vizsgálatára történő alkalmazását tekinti át. Az előadás első része röviden ismerteti a vizsgálati módszer alapelvét, a mérésekkel kapható információk jellegét. Bemutatja a módszerrel leggyakrabban vizsgált 57 Fe, 57 Co és 119 Sn magokon a mérésekből nyerhető paramétereket, ismerteti, hogy ezek hogyan hozhatók kapcsolatba a vizsgált katalizátorok szerkezetével. A következő rész egy történelmi áttekintés. A módszer katalizátorok vizsgálatára történő alkalmazásának kezdetei az 1960-as évekre tehetők. Az első közlemények Amerikában jelentek meg, ezeket gyorsan követték az európai és az ázsiai közlemények is. Az 1970-es éveket a módszer széleskörű alkalmazása jellemezte. Ekkor, és később a 80-as években alakult ki az a néhány állandó kutatatócsoport, melyek fő tevékenységi profilként végezték (ill. végzik jelenleg is) a katalizátorok vizsgálatát in situ módon. Néhány, az ezekből a laboratóriumokból származó érdekes példa bemutatására is sor kerül. A harmadik rész az Izotópkutató Intézet Mössbauer laboratóriumában végzett munkákból mutat be olyan példákat, amelyeknél a katalizátorok vizsgálata és a katalikus aktivitás tesztelése párhuzamosan történt. Néhány bemutatandó példa a 57 Fe spektroszkópiával végzett mérésekből: - vas-karbid képződés körülményeinek vizsgálata Fe/SiO 2 katalizátorokon CO+H 2 elegyekben, - CuCo spinel ferritek vizsgálata alkánok átalakításában, - Fe-Pd ötvözetképződés olyan Fe-Pd/SiO 2 és (Fe-Pd)-X zeolit katalizátorokon, melyek aktívak metanol előállításában, - vázban helyettesített, ill. rácsközi vasionok megkülönböztetése kapcsolat az alkánok átalakításban mutatott katalitikus aktivitással Fe-ZSM-5 katalizátorokon, - a vas koordinációjának változása Y-zeolitüregekben létesített vas-ftalocianin katalitikus centrumokon fenol oxidációjában, - Fe 2+ ionok stabilizálódása N 2 O bontásában Fe-ZSM-5 katalizátorokon, - mezopórusos Fe-SBA-15 katalizátorok fenol teljes oxidációjában. Az 119 Sn spektroszkópiával végzett mérésekkel kapcsolatos bemutatandó példák: - elsősorban ötvözetkatalizátorok vizsgálata, PtSn/SiO 2 katalizátorok alkánok átalakulásában, CO oxidálásában, ill. diklór-etilén hidrodeklórozásában, ill. RhSn/SiO 2 katalizátorok metil-ciklopentán bontásában, - mezopórusos Sn-SBA-15 folyadékfázisú oxidációban. Az előadás negyedik, utolsó része röviden ismerteti az intézetben kialakítás alatt álló ú.n. in beam mérőhelyet. A módszer a Mössbauer forrást folytonos neutronsugaras gerjesztéssel állítja elő, így a vas és ón mellett másfajta Mössbauer magok is vizsgálhatók lesznek. Katalizátorok vizsgálatára a 197 Au, ill. a 193 Ir spektroszkópia mutatkozik igéretesnek. A mérőrendszerről és az előbb említett vizsgálatokról részletesebb leírás található a www.iki.kfki.hu/isoappl/instruments/index_en.shtml web lapon, a porózus anyagokon végzett mérésekről a www.iki.kfki.hu/isoappl/research/porous_en.shtml web lapon, továbbá a mérésekkel kapcsolatos közlemények jegyzéke a www.iki.kfki.hu/catrace/~lazar lapon jelenik meg. 13
Egyre közelebb az 57 Co(EC) 57 Fe bomlás pillanatához: fizikai és kémiai utóhatások 57 Co:LiNbO 3 -ban a µs fs időskálán Nagy Dénes Lajos MTA KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet 1525 Budapest, Pf. 49. Az előadásban áttekintjük csoportunk több évtizedes, az 57 Co:LiNbO 3 rendszeren emissziós Mössbauer-spektroszkópiával végzett vizsgálatait. Az alacsony hőmérsékleten, nagy mágneses térben felvett emissziós Mössbauerspektrumokban az 57 Co izotóp elektronbefogásos bomlása után 10-7 10-6 s-mal a nukleogén Fe 3+ ionokon az egyensúlyi eloszlásban várhatóktól nagyságrendekkel eltérő intenzitású rezonanciavonalak figyelhetők meg. E vonalak intenzitása jelentősen függ a mágneses térnek a kristálytani tengelyekhez viszonyított irányáról. Ez a jelenség lehetővé teszi a kristálytérparaméterek meghatározását az ionnak az elektronbefogást követően 10-12 10-8 s-mal betöltődő, a Mössbauer-spektrumokban közvetlenül nem látható állapotaiban. Az aliovalens töltésállapotok döntően a bomlást követő 10-15 10-13 s-ban alakulnak ki. Ezt a folyamatot a versengő akceptorok modellje írja le. Adalékolt, majd termokémiailag kezelt mintákon végzett méréseinkkel arra a meglepő eredményre jutottunk, hogy ezeknek a töltésállapotoknak a koncentrációját nem a modellben eredetileg szereplő 6,5 kev energiájú KLL Auger-elektronok mintegy 100 nm sugarú, hanem a 600 ev-os LMM Augerelektronok 3 nm sugarú hatásgömbjében lezajló töltésrekombináció alakítja ki. 14
Ultragyors folyamatok vizsgálata röntgenemissziós spektroszkópiával Vankó György MTA KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet 1525 Budapest, Pf. 49. A molekuláris rendszerek reakciói vagy fázisátalakulásai köztes állapotainak vizsgálata a szerkezetkutatás fontos kihívásainak egyike. A geometriai szerkezet piko- ill. femtoszekundumos időskálán történő változásainak tanulmányozására már vannak eszközeink, az elektronszerkezeti változásokba bepillantást engedő röntgenspektroszkópiai módszereket azonban még adaptálni kell az ultragyors pumpa-próba kísérletekhez. Jelen munkánkban ennek a lehetőségét demonstráltuk: vizes oldatban fénnyel gerjesztett [Fe(bipy) 3 ] 2+ molekulák feltételezett S=0 S=2 spinállapot-változását tanulmányoztuk, kihasználva a röntgenemissziós spektrum spinmomentum-érzékenységét [1]. Az intenzív lézerimpulzussal való gerjesztés előtti, ill. a gerjesztést 60 ps-mal követő röntgenfotonokkal felvett vas Kαspektrumok különbségéből egyértelműen azonosítható, hogy a 660 ps élettartamú tranziens állapot nagyspinű, benne a vas spinmomentuma S=2. Munkánkkal megmutattuk, hogy a röntgenemissziós spektroszkópia alkalmas a spinállapot, és általában a betöltött elektronállapot-sűrűség ultragyors folyamatokban való vizsgálatára. A módszerrel fotoindukált kémiai és fizikai átalakulások akár a femtoszekundumos időskálán is követhetők, aminek várhatóan nagy jelentősége lesz az épülő röntgen-szabadelektron-lézereknél. [2] [1] G. Vankó, T. Neisius, G. Molnár, F. Renz, S. Kárpáti, A. Shukla, F. M. F. de Groot, F., J. Phys. Chem. B, 2006, 110, 11647. [2] G. Vankó, P. Glatzel, V.-T. Pham, R. Abela, D. Grolimund, C. N. Borca, S. L. Johnson, C. J. Milne, and C. Bressler, Picosecond Time-Resolved X-Ray Emission Spectroscopy (submitted to Phys. Rev. Lett.) 15
Retrospektív dozimetria, mint nukleáris törvényszéki vizsgálati módszer Vajda-Katona Tünde 1, Kovács András 2, Kelemen András 2 1 Országos Atomenergia Hivatal, 1539 Budapest Pf. 676. 2 MTA Izotópkutató Intézet, 1525 Budapest Pf. 77. A világ eseményeire az utóbbi évtizedben nagymértékben rányomta bélyegét a terrorizmus veszélyének fokozódása. A terrorista bűncselekmények veszélyességét jelentősen növelheti, ha a terrorszervezetek radioaktív és/vagy nukleáris anyagokhoz juthatnak. Ezért a nukleáris biztosítéki (safeguards) tevékenységnek, és az ehhez kapcsolódó nukleáris törvényszéki vizsgálatoknak (nuclear forensic) fontos eleme olyan új módszerek fejlesztése, alkalmazása, amelyek segíthetik az illegális nukleárisanyag-forgalom felderítését. Sugárzó anyag tárolása esetén a környezetében lévő anyagok besugárzottsága alapján még a forrás eltávolítása után is bizonyítható lehet a tárolás ténye, mégpedig a retrospektív dozimetria módszereivel. Ilyenkor az elnyelt dózist utólagosan határozzuk meg olyan esetekben, amikor annak mérése előzetesen nem tervezett, és így dózismérők adatai nem állnak rendelkezésre. Egy alkalmazható módszer pl. a lumineszcens dozimetria, mert a környezetben megtalálható egyszerű tárgyak tartalmaznak olyan ásványi összetevőket, amelyek lumineszcens anyagok ilyenek például a tégla, a cserép, a csempe, az agyagedény így természetes TL (termolumineszcens) és/vagy OSL (optikailag stimulált lumineszcens) dózismérőként viselkedhetnek. Könnyebbséget jelent, hogy nukleáris törvényszéki célra nem a pontos dózist kell meghatározni, csak azt kell eldönteni, hogy a természetes háttérsugárzáson túlmenően érte-e más többletsugárzás az anyagot, ráadásul a valódi veszélyt jelentő radioaktív források általában nagy aktivitásúak. Az MTA Izotópkutató Intézet Sugárbiztonsági Osztályán az újabb fejlesztési irányok között helyet kapott az illegális nukleárisanyag-forgalom felderítésének segítése céljából a retrospektív dozimetriai módszerek adaptálása és fejlesztése is. A rutinszerűen alkalmazott TL méréstechnika mellett az OSL módszer meghonosítása is folyamatban van. E két módszer párhuzamos alkalmazásával az intézet alkalmassá válik az irodalomban leírt eredmények honi megismétlésre, és ezen túlmenően további természetes és mesterséges, az emberi környezetben fellelhető lehetséges doziméter anyagok keresésére és vizsgálatára. A módszer alkalmazásának sarokkövét jelentő háttérdózis meghatározáshoz az Izotópkutató Intézet Sugárbiztonsági Osztályán működő gamma-spektrometriai csoport és az extrém kis mennyiségű izotópok analitikai kimutatására is képes induktív csatolású plazma tömegspektrometriai (ICP-MS) labor is rendelkezésre áll. Az előadásban tehát azt kívánjuk bemutatni, hogy hogyan lehetséges retrospektív dozimetriai módszerek alkalmazásával bizonyítani a sugárzó és/vagy nukleáris anyagok illegális tárolásának tényét, illetve azt, hogy az MTA Izotópkutató Intézetben milyen módszereket fejlesztenek az ilyen jellegű vizsgálatok elvégzéséhez. 16
Elektrolitoldatok megkötődése szilárd felületen: hogyan csináljunk homogén felületből heterogént? M. Nagy Noémi és Kónya József Debreceni Egyetem, Kolloid- és Környezetkémiai Tanszék, Izotóplaboratórium 4032 Debrecen, Egyetem tér 1. A radioaktív izotópok (szennyező ionok) és a talajok, kőzetek határfelületi reakcióit kiterjedten vizsgálják. A folyamatok termodinamikai paramétereit különböző módszerekkel határozzák meg. Egyik lehetőség a szorpciós izotermák alkalmazása, amikor a szilárd felületen (talajon, kőzeten) felhalmozódott anyagmennyiséget vizsgálják az oldat összetételének függvényében. A kísérleti eredményeket különböző izoterma-egyenletekkel (Langmuir, Freundlich, Temkin, Dubinin-Radushkevich, stb.) értékelik, anélkül, hogy a folyamat mechanizmusát figyelembe vennék. Számos közlemény egyidejűleg kielégítőnek talál több olyan modellt, amelyek egymástól alapvetően eltérnek, sőt ellentétes alkalmazási körülményekkel bírnak. Ennek eredményeképpen a meghatározott paramétereknek gyakran semmiféle fizikai jelentést nem tulajdoníthatunk. A korrekt termodinamikai paraméterek ismerete pedig elengedhetetlen a radioaktív (és egyéb veszélyes) hulladékok és a környezetükben levő szilárd anyagok (kőzetek, talajok, mérnöki gátak) kölcsönhatásainak kvantitatív leírásához, az anyagok migrációjának prognosztizálásához, ill. a dekontaminálás feltételeinek megteremtéséhez. Előadásunkban bemutatjuk, milyen következményekkel jár, ha a megkötődési folyamatokat a mechanizmus ismerete nélkül értékeljük, és az izotermákat megalapozatlanul alkalmazzuk. 17
Tríciummal jelzett vazopresszin V 1b receptor agonista előállítása funcionális vizsgálatok céljára Fejős Nikoletta, Tömböly Csaba MTA Szegedi Biológiai Központ, Biokémiai Intézet 6726 Szeged, Temesvári krt. 62. tomboly@brc.hu A humán vazopresszin egy diszulfid hidas hexapeptid ciklust tartalmazó nonapeptid (szekvenciája: c[cys-tyr-phe-gln-asn-cys]-pro-arg-gly-nh 2 ). Számos központi idegrendszeri és perifériás hatással rendelkezik, melyeket három vazopresszin receptor altípushoz (V 1a, V 1b, V 2 ) kötődve fejt ki. Emelett jelentős affinitással kötődik az oxitocin receptorhoz is, ami szintén hozzájárul összetett hatásspektrumához. A kevésbé ismert V 1b vazopresszin receptorok autoradiográfiás vizsgálatához a patkány vazopresszin V 1b receptorhoz szelektíven kötődő dezamino[leu 4, Lys 8 ]vazopresszin [1] tríciummal jelzett származékát (1. ábra) állítottuk elő. Radioaktívan jelzett védett aminosav származékokat szintetizáltunk, majd szilárd fázisú peptidszintézissel építettük be azokat a d[leu 4, Lys 8 ]vazopresszin szekvenciába. A Cys 6 tiol oldalláncát Npys védőcsoporttal védtük, amely intramolekuláris ciklizációt tett lehetővé az N-terminális S-tritil-merkapto-propionsav tritil védőcsoportjának hasítását követően. A szintézis eredményeként magas moláris aktivitású radioligandumot kaptunk. 1. ábra Dezamino[Leu 4, Lys 8 ]vazopresszin 1. A. Pena, B. Murat, M. Trueba, M.A. Ventura, G. Bertrand, L.L. Cheng, S. Stoev, H.H. Szeto, N. Wo, G. Brossard, C.S. Gal, M. Manning, G. Guillon Pharmacological and Physiological Characterization of d[leu 4, Lys 8 ]Vasopressin, the First V 1b Selective Agonist for Rat Vasopressin/Oxytocin Receptors Endocrinology 148, 4136-4146 (2007) 18
2009. október 15., csütörtök HEVESY GYÖRGY tiszteletére alapított Hevesy György Ifjúsági Nívódíj elnyerésére benyújtott közlemények
A Hevesy György Ifjúsági Nívódíj Alapító Okirata A Somos Alapítvány a védelmi oktatásért és kutatásért (a továbbiakban: Somos Alapítvány) nevű közhasznú szervezet, együttműködésben az MTA Radiokémiai Bizottságával, (a továbbiakban: MTA RKB) és a Magyar Kémikusok Egyesületével (a továbbiakban: MKE), a 30-évnél fiatalabb kutatók kiemelkedő kutatási eredményeinek elismerésére ösztöndíjat alapított elnevezéssel. Hevesy György Ifjúsági Nívódíj 1. A Hevesy György Ifjúsági Nívódíj (a továbbiakban: Nívódíj) azoknak a 30 évnél fiatalabb kutatóknak adományozható, akik a radiokémia tudományok területén végzett kutatási témájuk kidolgozásában kimagasló eredményt értek el. A Nívódíjat az új tudományos eredményt közreadó, négy-hat (4-6) oldalas magyar nyelvű közlemény formájában benyújtott pályázat, valamint az MTA RKB és az MKE közös szervezésében évente zajló Őszi Radiokémiai Napok elnevezésű konferencián tartott előadás alapján a Szakértői Kuratórium ítéli oda. A közlemény feleljen meg a tudományos közleményekkel szemben támasztott, a felhívással együtt közzétett kritériumkövetelményeknek. A pályázó egyedüli, vagy legalább első szerző kell legyen, és a pályaművet ő adja elő. Több szerző esetén a szerzőknek nyilatkozniuk kell arról, hogy a pályázó szerzői részesedése a cikk szellemi tulajdonából több mint 50%. 2. A Nívódíj keretében első, második és harmadik helyezett ösztöndíjat lehet elnyerni, amelyhez oklevél is jár. Az ösztöndíj összege a következő. 1. helyezett: 75.000,- Ft, azaz hetvenötezer forint, 2. helyezett: 50.000,- Ft, azaz ötvenezer forint, 3. helyezett: 35.000,- Ft, azaz harmincötezer forint. Oklevél illeti meg a helyezést elért fiatal kutató témavezetőjét is. 3. Az okleveleket az MKE készítteti el, és azt a MTA RKB elnöke, az MKE képviselője és a Somos Alapítvány képviselője írja alá. Az ösztöndíjat a nyertesek részére a Somos Alapítvány biztosítja és utalja át a díjazottaknak a Szakértői Kuratórium jegyzőkönyve, és a díjazottak által kitöltött személyi adatlap alapján. 20
4. Az ösztöndíj odaítéléséről a Somos Alapítvány által felkért Szakértői Kuratórium dönt. A Kuratórium elnöke: Solymosi József az MTA doktora tagjai (egyben a közlemények bírálói): Fehér István a fizikai tudományok kandidátusa, Lévay Béla a kémiai tudományok doktora Vincze Árpád PhD Tanácskozási jogú tagok: az MTA RKB Elnöke, az MTA RKB titkára (egyben a Szakértői Kuratórium titkára) és a Munkabizottságok elnökei, valamint a Somos Alapítvány kuratóriuma tudományos titkára. Az elbírálás módja: A pályaműveket három független opponens értékeli és pontozza, aminek alapján kialakul három helyezési sorrend. A helyszíni előadás alapján a szakmai zsűri és a közönség szavazata is egy-egy helyezési sorrendet állít fel. Az első díjat az nyeri, aki az öt helyezési sorrendszámot összeadva a legkisebb összpontszámot éri el. 5. A Szakértői Kuratórium ezen Pályázati felhívást a Őszi Radiokémia Napok konferencia felhívással együtt teszi közzé az MKE honlapján. A pályázati adatlapot és a már említett, négy-hat (4-6) oldalas, angol összefoglalót* is tartalmazó, magyar nyelvű cikket a konferencia honlapján lévő on-line jelentkezési rendszeren keresztül kell benyújtani. 6. A Nívódíj ünnepélyes átadására az MKE által szervezett Őszi Radiokémiai Napokon, ünnepélyes díjátadás keretében kerül sor. A Nívódíjat az MTA RKB elnöke, a Szakértői Kuratórium elnöke és a Somos Alapítvány képviselője adja át a Nívódíjban részesített személyeknek. Budapest, 2009. június 25. * A pályaművek tartalma: Cikk (a sablon szerint) Pályázati adatlap Társszerzői nyilatkozat Hevesy György Ifjúsági Nívódíj kuratóriuma A Hevesy György Ifjúsági Nívódíjra pályázó fiatal kutatók az Őszi Radiokémiai Napok részvételi díjából 50% kedvezményben részesülnek. 21
Atomerőművi kémiai dekontaminációs technológia hatékonyságának vizsgálata Berkesi K. 1, Nagyné Szabó A. 1,2, Horváthné Deák E. 1, Baja B. 1, Varga K. 1, Oravetz D. 3, Halmos P. 4, Schunk J. 5 1 Pannon Egyetem, Radiokémiai és Radioökológiai Intézet, 8201 Veszprém, Pf. 158., E-mail: vargakl@almos.vein.hu 2 Széchenyi István Egyetem, Fizika és Kémia Tanszék, 9026 Győr, Egyetem tér 1., E-mail: nszaboa@sze.hu 3 Pannon Egyetem, Anyagmérnöki Intézet, 8201 Veszprém, Pf. 158., E-mail: oravetzd@almos.vein.hu 4 Pannon Egyetem, Analitikai Kémia Intézeti Tanszék, 8201 Veszprém, Pf. 158., E-mail: halmos@almos.vein.hu 5 Paksi Atomerőmű Zrt., Vegyészeti Főosztály, 7031 Paks, E-mail: schunkj@npp.hu Abstract The version of the AP-CITROX technology (pre-oxidation: alkaline potassium permanganate, oxide-solution: blend of oxalic and citric acid) applied in the steam generators of the Paks NPP (Nuclear Power Plant) was not adequately developed considering its chemical, analytic and corrosion aspects. To replace the AP-CITROX procedure, a new, efficient soft chemical decontamination technology has been developed at the Institute of Radiochemistry and Radioecology at University of Pannonia. In the course of the comprehensive characterization of the efficiency of the novel basetechnology the chemical composition and morphology of the oxide layer formed on the inner side of the austenitic stainless steel heat exchanger tube specimens before and after the full decontamination process were studied by scanning electron microscopy (SEM), equipped with an energy dispersive X-ray microanalyzer (EDX). The complete decontamination cycle has been performed under laboratory conditions in a pilot plant circulation system elaborated earlier. In different steps of the chemical procedure the concentration of the main alloying components (Fe, Cr, Ni) dissolved from the surface oxide layer into the decontamination solutions was determined by ICP optical emission spectrometric (ICP-OES) method. Based upon the ICP-OES results the average thickness of the oxide layer removed from the surface into the solutions was calculated. When measuring the activity of the removed radionuclides ( 60 Co, 58 Co, 110 Ag, 54 Mn) in the decontamination solutions we drew conclusions concerning the efficiency of certain steps of the technology and depth distribution of the radionuclides on the treated steel surfaces. Keywords: decontamination, AP-CITROX, corrosion, ICP-OES, γ- spectrometry, SEM-EDX Kivonat Vizsgálati eredmények igazolják, hogy az AP-CITROX (előoxidáció: lúgos káliumpermanganátos, oxidoldás: oxálsav-citromsav elegye) technológia paksi atomerőmű gőzfejlesztőiben alkalmazott változata analitikai kémiai és korróziós szempontból nem megfelelően kidolgozott. Az AP-CITROX eljárás kiváltására ún. soft kémiai 22
dekontaminációs bázistechnológia került kifejlesztésre a Pannon Egyetem Radiokémiai és Radioökológiai Intézetében. A kidolgozott bázistechnológia hatékonyságvizsgálata során az ausztenites acél hőátadó cső próbatestekből a laboratóriumi modellrendszerben végrehajtott teljes dekontaminációs ciklust megelőzően és azt követően levágott csőszakaszok belső felületén kialakult oxidréteg morfológiáját és kémiai összetételét pásztázó elektronmikroszkóppal (SEM), illetve elektrongerjesztésű energia-diszperzív röntgenanalitikai (EDX) módszerrel tanulmányoztuk. A különböző műveleti lépésekben a csőminták belső felületéről az oldatfázisba beoldódó fő ötvözőkomponensek (Fe, Cr, Ni) mennyiségét ICP-OES módszerrel mértük, amely adatokból az eltávolított rétegvastagságot számítottuk. Az eltávolított radionuklidok ( 60 Co, 58 Co, 110m Ag, 54 Mn) aktivitását a dekontamináló oldatokban mérve következtetéseket vontunk le az egyes technológiai lépések hatékonyságára, valamint a radionuklidok mélységi eloszlására a kezelt acélfelületen. Kulcsszavak: dekontamináció, AP-CITROX, korrózió, ICP-OES, γ- spektrometria, SEM- EDX I. BEVEZETÉS A paksi atomerőműben végzett kémiai dekontaminációs beavatkozások korróziós hatásainak kritikai értékelése alapján egyértelmű megállapítást nyert, hogy az AP-CITROXeljárás (angol rövidítés: alkaline-permanganate + citric acid and oxalic acid) erőműben rendszeresített változata a nagy acélfelületekkel rendelkező berendezések (pl. gőzfejlesztők) biztonságos és visszahatásmentes dekontaminálására alkalmatlan [1-2]. Az eljárás kiváltására - a Paksi Atomerőmű Zrt. (PA Zrt.) támogatásával - új kémiai dekontaminációs technológia műszaki dokumentációjának megalkotását célzó kutatási-fejlesztési munka indult a Pannon Egyetem Radiokémiai és Radioökológiai Intézetében. A 2005-2007 időszakban tematikusan végzett oldat és felületkémiai, valamint korróziós kutatások eredményeként hatékony, kevesebb radioaktív hulladékot termelő és kisebb sugárterhelést eredményező ún. soft kémiai dekontaminációs bázistechnológia került kifejlesztésre a gőzfejlesztő hőátadó acélcsövek (GF) belső felületén kialakuló oxidrétegek kezelésére [3]. A kifejlesztett dekontaminációs technológia esetleges alkalmazása javíthatja egyes nukleáris energetikai berendezések (elsősorban gőzfejlesztők) dozimetriai és korróziós állapotát. Továbbfejlesztése a technológiai paraméterek feladatorientált optimálása révén alkalmassá tehető más kiszakaszolt vagy kiszerelhető berendezések mentesítésére. Jelen munkánkban a kifejlesztett bázistechnológia ausztenites acélcsövek felületét védő-oxidréteg struktúrájára és összetételére gyakorolt hatásának vizsgálatával foglalkozunk. Az eltávolított radionuklidok aktivitását a dekontamináló oldatokban mérve következtetéseket vonunk le továbbá az egyes technológiai lépések hatékonyságára, valamint a radionuklidok mélységi eloszlására a kezelt acélfelületen. II. KÍSÉRLETI RÉSZ II.1. Mintaelőkészítés, a technológiai folyamatok ismertetése A bázistechnológia 3 belső ciklusból áll, valamint bórsavas mosással történő utókezeléssel egészül ki [3]. A technológia belső ciklusainak főbb műveleti lépései a következők: 1. Előoxidáció: A folyamat elsődleges célja a felületi oxidréteg oldhatatlan, magas Cr és Ni tartalmú komponenseinek (spinellek) Cr(III) tartalmát vízoldható Cr(VI)-á 23
oxidálja. 2. Oxidoldás: A korróziós rétegek eltávolításának meghatározó lépése. 3. Bórsavas mosás, passziválás: Feladata, hogy a dekontaminált fémfelületen új, homogén szerkezetű passzív oxidréteget alakítsunk ki. A kifejlesztett dekontaminációs technológia hatékonyságának vizsgálata a paksi atomerőmű különböző gőzfejlesztőiből származó hőátadó acélcsöveken történt. A dekontaminációs kezelést két acélfelület-típuson (előzetesen az erőműben AP-CITROX eljárással dekontaminált, illetve nem dekontaminált mintán) végeztük el a Pannon Egyetem Radiokémiai és Radioökológiai Intézetében korábban kifejlesztett - részben módosított - nagylaboratóriumi cirkulációs rendszerben. A cirkulációs rendszer összeállítási rajzát a [2] közleményünkben ismertettük. II.2. Vizsgálati eljárások A vizsgált hőátadó acélcsőminták belső felületéről a dekontamináló oldatokba beoldódott radionuklidok által emittált γ-sugárzás intenzitását a cirkulációs rendszerben végrehajtott felületkezelési folyamatokat követően Oxford-Tennelec n-típusú HpGe félvezető detektorral (14% relatív hatásfok, 1,85 KeV felbontás 1332,5 KeV-nél, felület: 50 mm 2, vastagság: 5 mm) és sokcsatornás amplitúdó-analizátorral (Oxford Instruments Inc., típus: PCA-Multiport (8k) határoztuk meg. A dekontaminációs kezelések műveleti lépéseiben a csőminták belső felületéről az oldatfázisba bejutó diszperz (kolloid) és/vagy oldott korróziótermékek mennyiségét gravimetriás, illetve ICP-OES módszerrel analizáltuk. (Az alkalmazott ICP-OES készülék típusa: GBC Integra XM). A dekontamináló oldatokban analizált korróziótermékek (fontosabb acélötvöző komponensek: Fe, Cr, és Ni) mennyisége alapján becslést végeztünk az acélcsövek felületéről átlagosan beoldódott felületi réteg vastagságára vonatkozóan. Az átlagos rétegvastagság (d) meghatározása a következő összefüggéssel történt: d m 4 = 10 [µm] (1) ρ Oxid A B ahol: m: a hűtőközegbe bejutó korróziós termékek össztömege [g] ρ Oxid : a felületi oxidréteg sűrűsége (ρ Oxid =5,409 g cm -3 ) A B : a vizsgált hőátadó csőszakasz belső felülete [cm 2 ]: Az ausztenites acél hőátadó cső próbatestekből a laboratóriumi modellrendszerben végrehajtott teljes dekontaminációs ciklust megelőzően és azt követően levágott csőszakaszok belső felületén kialakult oxidréteg morfológiáját és kémiai összetételét pásztázó elektronmikroszkóppal (SEM), illetve elektrongerjesztésű energiadiszperzív röntgenanalitikai (EDX) módszerrel analizáltuk. Az alkalmazott számítógép vezérlésű SEM-EDX berendezés típusa: PHILLIPS XL 30 ESEM. Munkánk során a minták keresztmetszeti optikai csiszolatait is elkészítettük, melyeket szintén SEM-EDX módszerrel tanulmányoztuk. 3. KÍSÉRLETI EREDMÉNYEK ÉS ÉRTÉKELÉSÜK 3.1. A technológia hatékonysága Az eltávolított radionuklidok ( 60 Co, 58 Co, 110m Ag, 54 Mn) aktivitását a dekontamináló oldatokban mérve következtetések vonhatók le az egyes technológiai lépések hatékonyságára, valamint a radionuklidok mélységi eloszlására a kezelt acélfelületen. A technológia egyes műveleti lépéseiben eltávolított radionuklidok aktivitás értékeit az eltávolított oxidréteg- 24
vastagság függvényében a vizsgálathoz felhasznált paksi atomerőműben előzetesen dekontaminált és nem dekontaminált gőzfejlesztő acélcső minták vonatkozásában az 1-2. ábrák szemléltetik. Az 1-2. ábra adatai alapján az alábbiakban leírt nuklidspecifikus megállapításokat tehetjük: 60 Co A 60 Co nuklid aktivitása mindkét acélfelület-típus esetén döntően meghatározza a teljes eltávolított aktivitás nagyságát. Mindkét vizsgált felületnél az első előoxidációs lépés bizonyul a leghatékonyabb műveletnek. Feltételezhetően azért az előoxidáció a leghatékonyabb, mert a 60 Co izotóp aktivitásának döntő hányada a felületközeli tartományban akkumulálódik a felületi oxidrétegben. 54 Mn A nuklid átlagosan kioldódott mennyisége egy nagyságrenddel kisebb, mint a 60 Co-é. A nuklid megkötődése az előzetesen dekontaminált mintafelületen eltér a 60 Co-tól. Feltehetően a mélyebb oxidrétegben, illetve a dekontaminációs technológia előoxidációs lépésében keletkező MnO 2 csapadékban akkumulálódik. A korábban nem dekontaminált minta kémiai kezelése során mindhárom ciklusban szintén az oxidoldási lépés után került a legtöbb mangán a dekontamináló oldatba. 110m Ag Az 110m Ag analóg módon viselkedik a 54 Mn-el, eltávolítása szempontjából az oxidoldási lépés a meghatározó. Az előzetesen dekontaminált minta felületéről eltávolítható mennyisége kb. harmad része a mangánénak. A korábban nem dekontaminált minta védő-oxidrétegében számottevően kisebb mennyiségben fordul elő. 58 Co Az izotóp hasonlóan viselkedik a reagensek hatására, mint a 60 Co, így aktivitásának legjelentősebb része az előoxidáció során távolítható el a felületről. Alapvető különbség ugyanakkor, hogy a jelenlévő mennyisége mindkét acélfelületen elenyésző a 60 Co-hoz képest. 1. ábra: A bázistechnológia egyes műveleti lépéseiben eltávolított radionuklidok aktivitása az eltávolított oxidréteg-vastagság függvényében az előzetesen dekontaminált gőzfejlesztő acélcső minta mentesítése esetén 10 14 9 12 Co-58 Ag-110m 8 7 Mn-54 Co-60 Összaktivitás 10 A/Bq (10-4 ) 6 5 4 A/Bq (10-2 ) 8 6 3 4 2 1 2 0 1.lépés: 1,122 2.lépés: 1,176 3.lépés: 0,013 4.lépés: 0,554 5.lépés: 0,126 6.lépés: 0,009 Technológiai lépések, d/µm 7.lépés: 0,482 8.lépés: 0,114 9.lépés: 0,153 10.lépés: 0,145 0 1.lépés: 1,122 2.lépés: 1,176 3.lépés: 0,013 4.lépés: 0,554 5.lépés: 0,126 6.lépés: 0,009 Technológiai lépések, d/µm 7.lépés: 0,482 8.lépés: 0,114 9.lépés: 0,153 10.lépés: 0,145 2. ábra: A bázistechnológia egyes műveleti lépéseiben eltávolított radionuklidok aktivitása az eltávolított oxidréteg-vastagság függvényében a korábban nem dekontaminált gőzfejlesztő acélcső minta mentesítése esetén 25
Az eltávolított összaktivitás százalékos megoszlása a belső ciklusok függvényében az előzetesen dekontaminált és nem dekontaminált csőminták esetében a 3. ábrán látható. Megállapítható, hogy a kezelt felületekről az egyes belső ciklusokban eltávolított összaktivitás százalékos megoszlása azonos. Ugyanakkor az eredeti és az eltávolított aktivitások abszolút értéke jelentősen eltér egymástól. Figyelemreméltó továbbá, hogy a belső ciklusok megismétlésével a felületi védő-oxidréteg mélyebb rétegeiben akkumulálódott radionuklidok is eltávolíthatók. Eltávolított összaktivitás % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1. 2. 3. Belső ciklus 3. ábra: A bázistechnológia alkalmazása során meghatározott eltávolított összaktivitás százalékos megoszlása a belső ciklusok függvényében, előzetesen dekontaminált (D) és nem dekontaminált (ND) csőminták esetében 3.2. A technológia felületkémiai hatása A hőátadó acélcső minták belső felületén kialakult oxidréteg morfológiáját, kémiai összetételét és vastagságát SEM-EDX módszerrel tanulmányoztuk. A 4-5. ábra szemlélteti a bázistechnológia hőátadó acélcsövekre gyakorolt felületkémiai hatását. A technológia bevizsgálásához felhasznált erőműben előzetesen dekontaminált hőátadó acélcső minta felületi védő-oxidrétege amorf szerkezetű. Felületi kristálykiválás a SEM felvételeken nem fedezhető fel. Tekintettel az erőműben előzetesen AP-CITROX eljárással végrehajtott kémiai dekontaminálás következtében keletkezett hibahelyek nagy számára, a felület mélységében erősen tagolt. A védőréteg Cr-ban és Ni-ben, valamint O-ben dús, míg Fe-ban elszegényedett. Mindez spinell-szerkezetű kevert oxidok (kromitok és Niferritek) számottevő mennyiségére enged következtetni. A bázistechnológia alkalmazása után készült felvételeken észrevehető, hogy a felület oldása homogén, az alapfémben (tömbfázisban) szelektív bemaródás nyomai nem mutathatók ki. A keresztmetszeti optikai csiszolat SEM-felvételén jól látható a felületen kialakult oxidréteg homogenitása. A hozzávetőlegesen 8 µm-es szubsztituált spinell szerkezetű oxidrétegből ugyanakkor kb. 3 µm a tömbfázison maradt, lazán kapcsolódva az ausztenites acélcső felületéhez. A korábban nem dekontaminált csőminta SEM-EDX eredményei egyértelműen mutatják a kifejlesztett kémiai technológia hatékonyságát. A felületen kialakult, 1-2 µm vastagságú, magnetit kristályokkal borított oxidréteg teljes mértékben eltávolítható. Szelektív (lyuk-, rés-, illetve kristályközi korrózió) korróziós elváltozások a kezelt felületen nem kimutathatók. ND D 26
4. ábra: A bázistechnológia felületkémiai hatásának szemléltetése az erőműben előzetesen dekontaminált acélcső minta frontális és keresztmetszeti csiszolatának SEM felvételei, valamint az EDX területanalízis eredményei alapján 5. ábra: A bázistechnológia felületkémiai hatásának szemléltetése a korábban nem dekontaminált acélcső minta frontális és keresztmetszeti csiszolatának SEM felvételei, valamint az EDX területanalízis eredményei alapján 4. ÖSSZEFOGLALÁS A paksi atomerőmű gőzfejlesztő hőátadó acélcsöveinek kémiai mentesítésére alkalmazható dekontaminációs technológia kutatási-fejlesztési munka keretében kísérleti munkánk meghatározó részét képezte a kidolgozott bázistechnológia ausztenites acélcsövek felületi védő-oxidréteg struktúrájára és összetételére gyakorolt hatásainak vizsgálata. Igazolni kívántuk továbbá, hogy a technológia alkalmazása során a védő-oxidréteg mélyebb rétegeiben akkumulálódott radionuklidok is eltávolíthatók. A nagylaboratóriumi cirkulációs rendszerben végrehajtott dekontaminációs kezelést két acélfelület-típuson, előzetesen az erőműben AP-CITROX eljárással dekontaminált, illetve nem dekontaminált gőzfejlesztőből származó acélcső mintán végeztük el. A bázistechnológia 27
alkalmazása során megvalósult az acélcsövek belső felületét borító oxidrétegek homogén oldása, a kezelt felületek morfológiája kedvező. Az eltávolított radionuklidok aktivitás adatait összehasonlítva megállapítható, hogy legalább két belső ciklus alkalmazása indokolt, mivel a ciklusok megismétlésével a mélyebb rétegekben akkumulálódott nuklidok is eltávolíthatók. A munka a Paksi Atomerőmű Zrt. támogatásával készült. IRODALOM [1] Élettartam menedzselés a Paksi Atomerőműben a reaktorblokkok korróziós állapotának tematikus vizsgálatával (II. részjelentés), Kutatási jelentés, Veszprémi Egyetem, Környezeti és Informatikai Kooperációs Kutatási Központ, Veszprém, 2005. [2] Radó K., Horváthné Deák E., Varga K., Németh Z., Varga I., Oravetz D., Halmos P., Borszéki J., Schunk J., Patek G.: Atomerőművi gőzfejlesztők kémiai mentesítése. I. Dekontaminációs technológiafejlesztés előzményei és szempontrendszere. Korróziós Figyelő 48(4), 87 (2008). [3] Gőzfejlesztők vegyszeres dekontaminálási technológiájának kidolgozása külső szivattyús egységgel ellátott dekontamináló berendezéshez (II. részjelentés), Kutatási jelentés, Pannon Egyetem, Környezetmérnöki és Radiokémiai Intézet, Radiokémia Intézeti Tanszék, Veszprém, 2007. 28
Hasadási- és korróziós termékek adszorpciója primerköri szerkezeti anyagokon Répánszki Réka, Sziklainé László Ibolya, Kerner Zsolt MTA KFKI Atomenergia Kutatóintézet Budapest, 1121, Konkoly-Thege Miklós út 29-33. Abstract Contamination of the structural materials of nuclear reactors is a crucial question in view of radiation protection. Primary circuit can be contaminated by corrosion products -as usual it happens- and by fission products, if due to some leakage, uranium and its fission products appear in the cooling water. Since it is rather difficult to obtain in situ experimental data on the actual amount of adsorbed radioactive species, the surface contamination may be quantified by measuring bulk activity concentrations of the cooling water and by calculating the amount of adsorbed material on the surfaces by using a partition coefficient. To do this, the knowledge of an appropriate adsorption isotherm is needed. Thus, my work presents results, based on electrochemical measurements, about the extent and effect of the adsorption of certain fission and corrosion products caesium, iodide, uranyl, cobalt, chrome, cerium and ironoxide in their ionic forms on the surface of some alloys used in the nuclear industry (08H18N10T stainless steel, Zr 1%Nb). Our findings allow the conclusion that the adsorption of these ions can be described by a Langmuir-type isotherm, where the saturation values correspond to surface monolayers. Kinetic measurements were used to determine the velocity of the adsorption and the desorption of these ion on the surfaces. Mass changes were measured by microbalance (EQCM), and to identify the species, we use gamma spectroscopy. Cyclic voltammogram were recorded so as to the peak of adsorption and the noise of the corrosion could be found. Keywords: electrochemical quartz crystal microbalance, fission products, corrosion products, gamma spectrometry Kivonat Az atomerőmű primer köri szerkezeti anyagain felhalmozódó szennyeződés sugárvédelmi, üzemeltetési és hulladékkezelési problémát okoz. Normál üzemi körülmények között csak nagyon kis mennyiségű radioaktív anyag, elsősorban felaktiválódott korróziós termék található a felületeken, de üzemanyag szivárgás esetén megjelenhetnek hasadási termékek és urán is. A munka célja a főbb hasadási termékek adszorpció- és deszorpció sebességének meghatározása és lerakódás mértékének megadása volt a primer kör jellemző szerkezeti anyagain. A főbb hasadványok ionjai (Cs +, Ce 3+ és Ce 4+, I - ), az urán és a korróziós termékek (Co, Cr, Ni, magnetit) ionos formájának adszorpciós egyensúlyát, és kinetikáját tanulmányoztuk acél (08H18N10T) és cirkónium felületeken. A VVER reaktorok vízkémiájára jellemző oldatot használtunk. Uranil-ionokkal végzett méréseinkhez reaktorvízbe áztatott szegényített urán-dioxid porból készítettünk oldatot, míg a többi esetben az adott elem hidroxidját vagy szulfátját használtuk. Elektrokémiai kvarc kristály mikromérleggel (EQCM) mértük a felületre adszorbeálódott anyag tömegét az oldatkoncentráció és az idő függvényében, gamma spektroszkópiával meghatároztuk a vizsgálandó elem jelzett ionjának egyensúlyi állapotban a felületen megkötött mennyiségét. 29
Méréseinket általában nyitottköri potenciálon végeztük, de ciklikus voltametriával ciklikus voltametriával ciklikus voltamogrammot mértünk, amin azonosítottunk adszorpciós és korróziós folyamatokat. Az adszorpció jól leírható Langmuri-típusú izotermával. A hasadványok adszorpciós izotermái általában telítést mutatnak az oldat 2-3 mmol/dm 3 koncentrációjánál, mind az áztatásos, gamma spektroszkópiás vizsgálatok, mind a mikromérleges mérések alapján. A maximális felületi koncentráció, számításaink szerint monoréteges borítottságnak felel meg. Megállapítottuk, hogy a primer körben, vagy a kazetták kiszállítása során előforduló gyakorlati helyzetekben a cérium(iv)-ionok kivételével a vizsgált ionok adszorpciójának és deszorpciójának a sebességét az oldatfázisbeli anyagtranszport szabja meg. Kulcsszavak: kvarc kristály mikromérleg, hasadványok, korróziós termékek, gamma spektroszkópia I. BEVEZETÉS A Paksi Atomerőmű üzemelése során elsősorban az utóbbi néhány évben számos kazettán szennyeződés rakódott le. A reaktorban töltött idő alatt korróziós termékek halmozódtak fel a kazettákon. A 2003. áprilisi üzemzavart követően, a 2. blokki pihentető medencében tárolt kazettákon pedig a sérült fűtőelemekből származó hasadási termékek és hasadóanyag lerakódása is bekövetkezett. Mindkét említett felületi szennyezés problémát jelenthet üzem közben, illetve a fűtőelemek későbbi tárolása során: a korróziós lerakódás a hűtési körülményekre lehet kedvezőtlen hatással, a hasadási termékek sugárvédelmi szempontból jelenthetnek gondot. Nem zárható ki, hogy mindkét lerakódástípus további korróziós jelenségek kialakulásához vagy meglévő folyamatok felgyorsulásához is vezethet. A fenti meggondolások miatt fontos ismerni az átlagos aktivitást és anyagmennyiséget a lerakódással terhelt kazetták és a szerkezeti anyagok felületén. A kiégett kazetták átmeneti tárolóba történő kiszállítása során a kazetták felületén lévő lerakódások és megkötődött hasadási termékek a szállítókonténer vizét elszennyezhetik. Ennek becsléséhez a szennyeződések mennyiségének ismeretére és a visszaoldódás kinetikájának ismeretére van szükség. Az urán, a korróziós és hasadási termékek különböző kémiai formában (molekuláris, kolloid és/vagy diszperz) fordulnak elő. Az irodalomban kevés adat érhető el a VVER reaktorok primer körében használt anyagok felületén bekövetkező adszorpciós-deszorpciós folyamatokról. A kontaminációról szóló cikkek a 2003-as események után jelentek meg [3,4,5]. Magyarországon, a veszprémi egyetemen foglalkoztak hasonló témával a külföldi mérések valószínűleg az ipar számára készültek.[1,2]. Feladatul tűztük ki, hogy tematikus kutatások révén ismerjük meg a hasadási- és korróziós termékek felületi megkötődésének mértékét, kinetikáját és mechanizmusát. Méréseket végeztünk olyan csőmintákon, melyeket hőcserélőből vágtak ki, illetve cirkónium pálcákon is; méréseink előtt a fém és fém-oxid felületeket előkezeltük magas hőmérsékleteken, az erőműben uralkodó viszonyokhoz hasonló körülmények között. Elektrokémiai ciklikus voltammetriás, kronoamperometriás, kvarc kristály mikromérleges, felületanalitikai és radiokémiai vizsgálatokkal meghatároztuk szobahőmérsékleten a főbb hasadási és korróziós termékek (I, Ce, Cs, Mn, Co, Ag, Fe, Ni) adszorpciójának mértékét és az adszorpció- deszorpció kinetikáját. 30
II. KÍSÉRLETI RÉSZ A. Egyensúlyi adszorpciós mérések A hasadási termékek és a korróziós termékek ionjainak adszorpcióját vizsgáltuk rozsdamentes acél és cirkónium felületeken elektrokémiai kvarckristály mikromérleg (EQCM) segítségével. A kvarckristály rezgési frekvenciájának mérésével a kristállyal együtt rezgő tömeg és így a felülethez kötődő anyagmennyiség változást lehet in situ detektálni. A kvarckristályt bevontuk a vizsgálandó fémmel, cirkóniummal illetve rozsdamentes acéllal, így a bevonat felületén lejátszódó adszorpciós/deszorpciós folyamatokat is közvetlenül tudtuk tanulmányozni. A frekvenciaváltozás nagyon pontosan mérhető, ezért már 0,01 µg/cm 2 tömegváltozás is kimutatható, ami az adszorbeálódó species molekulatömegétől függően mintegy 0,01 monorétegnyi borítottságnak felel meg. A primer köri hűtővíznek megfelelő összetételű alapoldathoz (bórsav koncentráció 8 g/l, a KOH koncentráció 5 mg/l), lépésenként adagoltuk a vizsgált iont tartalmazó oldatot, majd a tömegváltozást, ph-t és a fém potenciáljának változását detektáltuk. Ehhez egy speciális, termosztálható üvegcellát készítettünk, amely alkalmas hőmérsékletfüggő kísérletekhez és a frekvenciaméréssel párhuzamos kiegészítő elektrokémiai mérésekhez. A zárt cellában a rezgőkvarcos mérőfej mellé egy a ph mérésére szolgáló üvegelektródot is helyeztünk. Az elektrokémiai mérésekhez hagyományos háromelektródos elrendezést alakítottunk ki: munkaelektródunk a kvarc felületére felvitt fémréteg, az ellenelektród egy nagyfelületű platinaháló volt. A referenciaelektródot egy telített kalomel elektródot a klorid szennyezés elkerülése céljából egy külső térrészben helyeztük el, amelyet Luggin-kapilláris kötött össze a cella belsejével. Az oldat oxigénmentesítését 5.0 tisztaságú argon átbuborékoltatásával végeztük. A cella hőmérsékletét a mérések alatt egy precíziós termosztát segítségével ±0.02ºC pontossággal állandó értéken tartottuk. A mérések során az oldatot argon-átbuborékoltatással és mágneses keverővel kevertettük, a kontrollált áramlási viszonyok érdekében. Az alapoldatban a bórsav koncentrációja 8 g/l, a KOH koncentrációja pedig 5 mg/l volt, ami megfelel a primer köri hűtővíz átlagos összetételének. A bemérendő, hasadvány anyagok ionjait tartalmazó oldat, a hígulást kiküszöbölendő, az alapoldattal azonos koncentrációban tartalmazott bórsavat és kálium hidroxidot. Az adszorpció potenciálfüggésének vizsgálatára a felületeken ciklikus voltamogrammot vettünk fel 10 mmol/dm 3 a vizsgált iont tartalmazó oldatban a -700 +1000 mv potenciáltartományban, és közben mértük a rezgési frekvencia változását. Azt tapasztaltuk, hogy a frekvencia csak -400 mv-nál negatívabb potenciálokon, a hidrogénredukció tartományában változik: folyamatosan csökken. Ezt feltehetőleg a fémréteg degradációja okozza. A fentiek alapján megállapítható, hogy a jodid-, a cézium-, cérium-, nikkel-, króm-, vasés kobalt-ionok maximálisan megkötődő mennyisége, mind cirkónium, mind acél felületen az ionsugarak és geometriai adatok alapján számított monorétegnyi borítottság nagyságrendjébe esik. Ez a mennyiség nem függ számottevően a hőmérséklettől a 20-60 C tartományban (1. ábra). A maximális borítottság eléréséhez szükséges oldat-koncentrációk a 2-3 mmol/dm 3 tartományba esnek ionok és felületek szerint. Acélfelület esetében kb. kétszeres oldatkoncentráció szükséges a maximális borítottság eléréséhez. Továbbá jodidionok valamelyest kisebb koncentrációjú oldatban alakítják ki a monorétegnyi borítottságot, mint a cézium-ionok. Azaz a jodid-ionok erősebben adszorbeálódnak, mint a cézium-ionok, és az acélfelület erősebben adszorbeál, mint a cirkónium-felület. 31