Hier presenteren we de draagbare autoRAD platform voor snelle radiometrische scheiding en bepaling van 90Sr, een belangrijke kernsplijting product zeer relevant is voor het kernafval.
Een snelle, geautomatiseerde en draagbaar systeem voor de scheiding en de bepaling van radiostrontium in waterige monsters, met behulp van Sr-hars en multi flow sequentiële injectie analyse, heeft ontwikkeld. De concentraties van radioactieve strontium werden vastgesteld door stroom Scintillatie tellen, zodat voor de bepaling van on-line en ook ter plaatse. Het voorgestelde systeem kan radioactieve strontium op industriële relevante niveaus bepalen zonder verdere wijziging met behulp van algemene analyse tijd van minder dan 10 min per waterige monster. De de detectiegrens is 320 fg·g-1 (1.7 Bq/g).
Ongeveer 150 commerciële kerncentrales (NPP) doormaken ontmanteling, maar het totale aantal nucleaire installaties is veel groter als onderzoek en opwerkingsfabrieken in overweging1zijn genomen. Ontmanteling van nucleaire installaties is zeer kostbaar en omvat vervoer en off site meting van verontreinigd materiaal. Besparingen zijn mogelijk door meting ter plaatse en flexibele technieken1aan te nemen. Er is daarom een dringende noodzaak voor snelle op site analytische methoden ter ondersteuning van de ontmanteling van oude kerninstallaties. Gamma-vervuilers kunnen worden gemakkelijk en selectief bepaald met behulp van gamma-spectroscopie, maar er is een tekort in on-site analysemethoden voor de harde-op maat (HTM) radionucliden2. Onder de HTM, 90Sr is van groot belang vanwege de toxiciteit en de hoge energie-uitstoot. Vastbesloten is tijdrovend en vereist van de scheiding van storingen en kwantificering LSC of spectroscopische methoden3,4,5,6,7, 8,9,10,11,12,13.
Radiochemische standaardmethoden zijn tijdrovend en vaak vereisen herhalingen te verkrijgen van een voldoende rendement van strontium. Daarom is er dringend behoefte aan sneller en nauwkeuriger methoden. Naast de standaard scheiding protocollen, worden stroom injectie technieken toegepast in de zuivering en/of pre concentratie van radio-isotopen5,14,15. Lab-op-ventiel (LOV) apparaten zijn een verdere ontwikkeling van de technieken van de stroom. Ze zijn programmeerbaar, met stroom gebaseerde platforms met verschillende koppeling modi en hoge veelzijdigheid16vertonen. Dergelijke apparaten kunnen de automatische scheiding en pre concentratie van de analyten voorafgaand aan de opsporing, waardoor de reproduceerbaarheid en herhaalbaarheid8,17,18,19. LOV systemen gekoppeld aan multisyringe flow pompen hebben op grote schaal gebruikt voor de detectie van radionucliden, als gevolg van de minimalisering van het reagens-verbruik en afval generatie8,10,17, 18 , 19 , 20. echter gemeld studies met betrekking tot online detectie ultra-trace niveau zijn schaars8,17.
On-site metingen van radioactieve materialen hebben vele voordelen en voordelen, maar er is geen aanvraag van flow Scintillatie tot 90Sr toezicht. Kortom, kwantificering wordt bereikt met behulp van een online detector die mengt het eluaat uit de LOV apparaat met de sprankelende cocktail11,21,22. Het mengsel vervolgens door de tellen cel wordt gepompt en meting wordt gemaakt met behulp van de gepaarde photomultipliers. Vanwege de kleine omvang van de cel is de tijd van de meting in de schaal seconden.
Het doel van dit onderzoek is de ontwikkeling van een volledig geautomatiseerde on-line strontium detectiemethode over een groot werkbereik, die betrekking hebben op beide milieu relevante concentraties en ook die gevonden in de nucleaire industrie afvalstromen. Het platform is mobiel en kan worden gemonteerd in een voertuig voor het uitvoeren van on-site analyse van waterige monsters.
Radiologische karakterisering en bescherming zijn kritieke problemen tijdens alle fasen van de levenscyclus van een nucleaire faciliteit. De noodzaak voor de bepaling van de radionuclide tijdens de ontmanteling van nucleaire installaties vereist voortdurende verbetering van analytische procedures. Dit betekent dat de verhoging van de selectiviteit en gevoeligheid, en het verkorten van de tijd van de analyse. Het AUTORAD prototype voldoet aan deze eisen. Bovendien, het prototype is draagbaar en on-site bepaling toestaat. De voorgestelde methode voor geautomatiseerde on-line werd succesvol toegepast voor de bepaling van 90Sr activiteit in waterige monsters.
Figuur 1 toont een schematisch diagram van het AutoRAD-systeem. Communicatie met het prototype werd bereikt met behulp van de commerciële grafische programmeertaal LabVIEW 2014. De modus virtuele Instrument Software het platform (VISA) voor het configureren, programmeren en besturen van interfaces werd ingezet. Figuur 2 toont de grafische user interface scherm waar de poortconfiguratie voorafgaand aan initialisatie van het systeem kan worden gecontroleerd. De VISA-modus is onafhankelijk van het besturingssysteem en de programma-omgeving, dus het biedt uitzonderlijke veelzijdigheid. De basisstructuur en de kenmerken van de ontwikkelde software hebben uitvoerig besproken in eerdere publicatie24. Verbeteringen zijn bereikt door het beheersen van de burettes door de PC via een RS232 interface, waardoor verbeterde controle van beide burettes tegelijkertijd en de mogelijkheid om metingen uit te voeren in de stopstand van de stroom. In tegenstelling, reageert de RS232 verbinding snel wanneer de tegendruk van het systeem toeneemt. Dit kan leiden tot systeemfout en meting stoppen. Daarom moet bijzondere aandacht worden betaald in het proces van hars laden en Ionische sterkte van de monsters.
De optimalisatie van de experimentele omstandigheden tot stand gekomen in een aantal experimenten met behulp van de strontium stabiele isotoop 86Sr als een surrogaat voor de radioactieve 90Sr, en door het AUTORAD-systeem koppelen aan een ICP-MS in plaats van een bèta-detctcor systeem. Figuur 3 toont de ICP-MS 86Sr elutie profielen. De verkregen 86Sr elutie profielen zijn in volledige overeenstemming met de eerder gerapporteerde resultaten voor totale strontium met behulp van lagedruk scheiding apparaten25, en lege afgetrokken. De methode van de kleinste kwadraten lineaire regressie werd gebruikt voor het genereren van een pasvorm voor de kromme van het doel die geen onderdeel van een extra onzekerheid worden geïntroduceerd. De lineariteit verkregen was 0.995, met de p-waarden die kleiner zijn dan het significantieniveau. De LOD van 2 pg·g-1werd bepaald door herhaalde metingen van de blanco volgens Currie26. De reproduceerbaarheid van de methode, gebaseerd op de relatieve standaarddeviatie van de piekoppervlakte berekend op basis van herhaalde driemaal, was altijd minder dan 4% in de range van 10 tot 120 pg·g-1. De getuige in de elutie profielen schouder is het meest waarschijnlijk een artefact als gevolg van niet-optimale verpakking van de kolom in de geautomatiseerde configuratie van de AUTORAD.
Figuur 4 toont de 90Sr profile met behulp van de de radio stroom detector. Het AUTORAD systeem is kunnen effectief scheiden 90Sr in waterige monsters.
Figuur 5 toont dat de afhankelijkheid van de 90Sr concentratie met het signaal is lineair in het bereik van belang. De afgeleide detectiegrens is in de fg. g-1 bereik, waardoor, zonder verdere wijziging, de bepaling van radiostrontium in de ontmanteling van kerncentrales en de karakterisering van het afval monsters. Reproduceerbaarheid van de methode, met behulp van de stroom Scintillatie detector en gebaseerd op de relatieve standaarddeviatie van de piekoppervlakte, bedraagt ongeveer 30% in de bestudeerde concentratiebereik. De huidige structuur van het prototype, beperkt echter de toepassing ervan op het milieu monsters, hoofdzakelijk als gevolg van de korte tijd het tellen in de detector. Bovendien kunnen complexe matrices verzadigen de hars in de mini kolom.
De gestopt-flow techniek, waar zowel Hamilton en radio stroom detector pomp zijn gestopt tijdens de meting, zullen worden uitgevoerd. Deze functie zal de gevoeligheid verbeteren door de uitbreiding van de verblijftijd in het grootste deel van de monster-zone binnen de stroom-cel. Een statistisch zinvolle signaal is dus acculated voordat het monster de detector uitgangen. Deze benadering zal zowel op de tellen statistieken als op de detectiegrenzen verbeteren. Bovendien wordt een nieuwe toepassing ontwikkeld met inbegrip van een extra ion-mini wisselingskolom voor de verwijdering van matrix-onderdelen die van invloed kunnen zijn op het behoud en de scheiding van verschillende radionucliden in complexe Matriek monsters.
The authors have nothing to disclose.
De auteurs wil akennis de collega’s en de mensen die betrokken zijn bij de verschillende stappen van het project. De collega’s in de GCO-Karlsruhe ontwerp van de Raad, heren Dietrich Knoche Volkmar Ernest, in de JRC Karlsruhe Workshop heren Christian Diebold en Joachim Küst voor het ontwerp en de vervaardiging van het lab op klep (LOV) variëteit en Ringwald GmbH voor de software-implementatie van de techniek van de modus gestopt-flow detectie.
microLAB 600 series | Hamilton | ML600EE6910 | Two dual syringe pump system, equiped with two 10 mL glass syringes. The instruments are interconnected using the CAN port (daisy chain). |
FlowLogic U | LabLogic | SG-BXX-05 | Liquid scintillator with high flash point |
ß-RAM 5 | LabLogic | flow detector, 2000 μL coiled Teflon flow cell.Software Laura 4.2.8 (LabLogic, England) run on desktop PC and connected to the detector via USB | |
SC-μ DX Autosampler | Elemental Scientific Instruments (ESI) | ||
Cheminert selector | Valco Instruments Co. Inc. | in-house made Lab-on-Valve has been mounted on this selector | |
Modular Valve Positioner (MVP) |
Hamilton | ||
mini magnetic stirrer | IKA | ||
Nitric Acid Suprapur 65% | Merck | 1.00441.1000 | purified using quartz sub-boiling distillation unit |
Sr-resin | Eichchrom Tecnologies, Inc | SR-B100-A | particle size 100-150 µm |
Water system Elix 3 in combination with Mili-Q Element A10 | Millipore | high-purity water (18.2 MΩ cm) | |
Sr-90 standard | Eckert & Ziegler | 7090 | Sr-90 concentration 1.915 kBq/g ± 3.0%, reference date 15-May-2016 12:00 PST |
MLS quartz sub-boiling distillation unit | MLS GmbH | Subboiling unit for the purification of HCl and nitric acid |