Hidrológiai Közlöny 1981 (61. évfolyam)

12. szám - Balogh Kadosa–Hertelendi Ede: Természetes tricium koncentrációk mérésének lehetőségei tömegspektrométerrel

554 Hidrológiai Közlöny 1981. 12. sz. Balogh K.—Hertelendi E.: Természetes trícium csökkentés egyik leghatásosabb módja a mintatartóban lejátszódó bomlások regisztrálása két egymással koincidenciába kapcsolt fotóelektron sokszorozóval. A passzív védelem (ólomköpeny) a szcintillációs számlálóknál sokkal kisebb, tekintettel a küvetta kisebb méretére. Lehetőség van a víz tricium aktivitásának közvetlen számlálására is, megfelelő szcintillációs koktéllal keverve azt. A jel/háttér viszony azonban lényegesen jobb lesz akkor, ha a minta hidrogénjének felhasználásával benzolt szintetizálnak, tekintettel arra, hogy így nagyobb mennyiségű minta aktivitását tudják mérni. A gyári berendezések nagy előnye, hogy automatizáltak, ezért a mintaváltás kevés időt vesz igénybe. A gáz és folyadék szcintillációs számlálók összehasonlítása A két számlálási módszert összehasonlítva megállapítható, hogy a szcintillációs számlálók a benzolszintézissel kiegészítve hasonló paraméterekkel rendelkeznek, mint a proporcionális vagy GM számlálók. E nélkül a gázszámlálós módszer érzékenyebb. Egy tipikus proporcionális számláló 100 TU koncentrációt 5 TU relatív hibával öli alatt tud megmérni, míg egy szcintillációs számláló, amely Triton-X szcintillátorban 6 ml vízmintát tartalmaz 1000 TU koncentrációt tud mérni 50 TU hibával 5 órás mérési időt figyelembe véve. Dúsítási eljárások A természetben előforduló triciumkoncentrációk néha olyan alacsonyak, hogy mérni őket csak izotópdúsítás után lehet. A legjobban elterjedt módszer az elektrolízis. Lúgos oldatban általában felületkezelt nikkel/vas, rozsdamentes acél/rozsdamentes acél, nikkel/nikkel, platina/platina anód, ill. katód anyagokat használva egy tipikus dúsítás — melynél a kezdőtérfogat 250 ml a végtérfogat 15 ml, 10 A áramerősség mellett — 2 napig tart. Az elektrolit hűtése is szükséges, mivel ez növeli a dúsítási tényező értékét és csökkenti a párolgási veszteséget. Általában 20—500 mA/cm

2 áramsűrűséget használnak. Tízszeres térfogatcsökkentés esetén berendezéstől függően a tricium 80—!)0%-a az oldatban marad. Ha nagyobb térfogatcsökkentést akarnak elérni az elektrolizáló cellát szakaszosan vagy folyamatosan utántöltik. A dúsítási tényező ellenőrizhető pl. a deutérium dúsítás közvetlen tömegspektrométeres mérésével, riely korrelációba hozható a tricium bedúsulásával, vagy úgy, hogy párhuzamosan, azonos körülí aények között dúsítanak olyan nagyobb triciumhoncentrációjú mintát, melynél a kezdeti triciumkoncentráció is meghatározható a mintamérésére használt számlálóval. A dúsítás másik lehetséges módja a termodiffúziós eljárás. A folyamat elve a következő. A gázt két koncentrikus henger közé vezetik, amelyek közül a belsőt fűtik, a külsőt hűtik. A könnyebb molekulák a belső fűtött fal mellett koncentrálódnak és az ott uralkodó felfelé irányuló gázáramlás a cső felső vége felé viszi őket. A nehezebb molekulák koncentrációja a hűtött külső fal mellett nagyobb és a lefelé irányuló áramlás a cső alsó végébe gyűjti össze őket. így tömegszám szerinti koncentrációgradiens alakul ki az oszlop mentén úgy, hogy az oszlop felső vége felé a könnyebb, az alsó vége felé pedig a nehezebb molekulák koncentrációja növekszik. Természetesen ezzel párhuzamosan az egyenletes elosztásra törekvő folyamatok is jelen vannak, amelyek rontják a dúsítás hatásfokát. Termodiffúziós eljárással tízszeres bedúsítás kb. 20 óra alatt érhető el [10], ami rövidebb idő, mint az ennek megfelelő elektrolízises bedúsítás ideje és a dúsítási faktor is valami vel pontosabban meghatározható, mint elektrolízises bedúsítás esetén. Azonban ha nagyobb dúsítási tényezőt akarnak elérni, vagy nagy számú minta mérésére van berendezkedve a laboratórium, előnyösebb és kielégítő pontosságú az elektrolízis. Ez a magyarázata annak, hogy a legtöbb laboratórium ez utóbbi eljárást használja. Összefoglalva az eddig használt triciumkoncentrációmérési módszereket megállapítható, hogy a kimutathatósági határ 0,1 TU környékén van. (Ilyen koncentrációértéket ad egy tricium mentes vízminta 100-szoros bedúsítás után. Ez annak köszönhető, hogy a mintavételezés, tárolás, de legfőképp az elektrolízises dúsítás alatt tricium tartalmú vízgőz keveredik a mintához.) Ez a határ csak izotópdúsítással érhető el. A dúsításhoz szükséges idő ebben az esetben berendezéstől függően 7 nap és három hét között van [11]. Ehhez járul még a mérésidő, amely kb. egy nap. Magasabb kezdeti koncentráció esetén ezek az idők rövidebbek. Az a határ, amely alatt már az izotópdúsítást érdemes használni általában 30 és 300 TU között van. A gyorsítóval végzett triciumkoncentráció mérésről ilyen adatok kísérleti tapasztalatok hiányában nem adhatók meg. Az eddigi eredményekből annyi azonban kiderül, hogy a 100 TU alatti tartományban az izotópdúsítás itt is szükséges. A tömegspektrométeres triciummegliatározás elve A tömegspektrométeres mérési módszer alkalmazáskor a tricium aktivitását a belőle adott idő alatt keletkező 3He tömegspektrométeres mennyiségi meghatározás útján mérik. Az a tárolási idő, ami alatt jól mérhető mennyiségű 3He keletkezik a triciumtartalomtól függően 1 héttől néhány hónapig terjedhet. A triciummeghatározásnak ezt az útját több tényező szerencsés összejátszása teszi járhatóvá: 1. Nemesgázok mennyiségi meghatározása tömegspektrométerrel nagyon nagy érzékenységgel végezhető el. 2. A hélium a többi gáztól nagyon jól elkülöníthető. 3. Az atmoszférában a 3He koncentrációja rendkívül kicsi, ezért a tárolás és mérés alatt beömlő 3He zavaró hatása nem jelentős. A McMaster Egyetem Fizikai Intézetében tömegspektrométerként nagy feloldású, 30 cm el-