Rychlé stanovení sumární aktivity alfa radionuklidů v polních podmínkách

Abstract

Vznik mimořádné radiační situace následkem radiologické události má významný dopad na jakoukoliv vojenskou operaci a vliv na rozhodování velitele. Pro přijetí včasného rozhodnutí o dalším vedení operace a přijetí účinných opatření radiační ochrany vojsk je proto nezbytné poskytnout potřebné údaje o vzniklé radiační situaci. Prvotní informace o složení uvolněných radionuklidů a stupni radioaktivní kontaminace vzorků životního prostředí, zejména v okamžité a včasné fázi monitorování radiační situace, poskytují polní laboratoře. Jejich úkoly v oblasti analýzy alfa radionuklidů souvisí se zjišťováním sumárních alfa/beta aktivit u vzorků vzduchu, stěru a vody. Bakalářská práce se zabývá rychlým stanovením sumární aktivity alfa radionuklidů v polních podmínkách. Zaměřuje se zejména na zvýšení schopností a efektivity prováděných měření za použití separační radiochemické metody při přípravě vzorku. Cílem práce bylo vytvoření metodiky stanovení sumární aktivity alfa radionuklidů pomocí kapalinové scintilace. Úvodní část práce byla věnována současnému stavu v systému monitorování radiační situace, popisuje možnosti polních a stacionárních laboratoří, zejména ve vztahu k analýze alfa radionuklidů, a seznamuje se sumární aktivitou a jejím stanovením. Následně charakterizuje základní fyzikální zákonitosti přeměny a záření alfa a zabývá se současnými možnostmi detekce. Jsou zmíněny zejména principy a použití detektorů vhodných pro detekci alfa záření a měření alfa aktivit, tj. detektorům s plynovou náplní, polovodičovým a scintilačním detektorům. Teoretická část je zakončena podrobnějším popisem metody kapalinové scintilace a extrakční chromatografie, které jsou využity ve výzkumné práci. Ve druhé části bakalářské práce byla experimentálně ověřována možnost využití extrakčního sorbentu Actinide Resin firmy Eichrom pro rychlou prekoncentraci alfa radionuklidů ze vzorku vody a přímé měření metodou kapalinové scintilace. Sorbent vykazuje vysokou afinitu k aktinoidům a je velice efektivní při dlouhých extrakčních a měřících dobách. Na základě toho byla zkoumána extrakční kinetika při použití krátkých časů ve třech sledovaných objemových aktivitách - 1 000 Bq/l, 100 Bq/l a 20 Bq/l. Výsledky byly porovnávány s rychlými metodami měření vzorku bez úpravy pomocí pevnolátkového a kapalinového scintilačního detektoru. Následně byly sledovány faktory, které by mohly ovlivňovat extrakci alfa radionuklidů do sorbentu Actinide Resin. Prvním faktorem byl vliv pH stanovovaného roztoku, druhým faktorem pak přítomnost beta radionuklidu. Měření byla provedena za pomocí pevnolátkového scintilačního detektoru HandECount a LSC analyzátoru TriathlerTM s 20 ml HDPE scintilačními lahvičkami. Jako scintilační koktejl byl použit AquaLight. Pro výzkum byly vybrány dva vojensky významné alfa radionuklidy, 241Am a 238Pu, a beta radionuklid 90Sr. Z výsledků vyplývá, že již po 30 minutové době extrakce jak v případě 241Am, tak i 238Pu, docházelo k více jak 90 % výtěžnosti u všech sledovaných objemových alfa aktivit. Nejlepších výsledků bylo dosaženo u nižších aktivit (100 a 20 Bq/l), kdy po 30 minutové době extrakce bylo dosahováno výtěžnosti 94 - 95 % u 241Am a 95 - 96 % pro 238Pu. V souvislosti se sledováním vlivu pH stanovovaného roztoku bylo zjištěno, že velmi kyselé pH zásadním způsobem narušuje extrakční vlastnosti sorbentu Actinide Resin. Při extrakci radionuklidů v tomto prostředí byla účinnost snížena až o 20 %. Byl rovněž pozorován vliv přítomnosti beta radionuklidu. 90Sr také vykazuje afinitu k použitému sorbentu. Po 60 minutové době extrakce bylo pomocí sorbentu vyextrahováno přibližně 36 % uvedeného beta radionuklidu. V návaznosti na dosažené výsledky lze konstatovat, že kapalinová scintilace ve spojení s přípravou vzorků pomocí extrakčních sorbentů je vhodnou metodou pro stanovení sumární aktivity v polních podmínkách. Vytvořená metodika pro rychlé stanovení sumární aktivity alfa radionuklidů je součástí přílohy bakalářské práce.