Hidrológiai Közlöny 1981 (61. évfolyam)
12. szám - Balogh Kadosa–Hertelendi Ede: Természetes tricium koncentrációk mérésének lehetőségei tömegspektrométerrel
Hidrológiai Közlöny 1081. 12. sz. 553 Természetes tricium koncentrációk mérésének lehetősége tömegspektrométerrel BALOGH KADOSA*, HEIt TELE NDI EDE*. A szerzők új módszert ismertetnek természetes vizek triciumtartal mának meghatározására. Az eljárás szerint a tricinmmeghatározás a triciumból adott idő alatt keletkező 3He tömegspektrométeres meghatározása útján történik. Megbecsülik a keletkező 3He mennyiségét és a mérést zavaró hatásokat, s arra a következtetésre jutnak, hogy a szükséges mérőberendezések hazai viszonyok között kockázatmentesen elkészíthetők. Az új eljárás elsősorban alacsony tricium aktivitású minták vizsgálata esetén előnyös. Bevezetés 194G-ban Libby [1] mutatott rá, hogy a kozmikus sugárzás nagv energiájú részecskéi a légkör atomjaival kölcsönhatva neutronokat hoznak létre, melyek közül a nagy energiájú neutronok a uN+n^ l tC+ 3II magreakcióval tríciumot termelnek. A gyorsítókon végzett hatáskeresztmetszet-mérések, valamint a kozmikus sugárzásról akkor rendelkezésre álló ismeretek alapján remélhető volt, hogy a tricium a természetes vizekben kimutatható lesz. üt évvel később OROSSE, JOHNSTON, WOLFfíANO és LIBBY [2] kísérletei alapján sikerült is kimutatni a természetes tríciumot vizekben elektrolízises bedúsítást és gáz-számlálási technikát alkalmazva. Az első mérések a csapadékban a tricium/procium arányt TjH % 17—42 x 10-18 [3—5], a tengervíz felső rétegeiben 0-2—1-0 x 10~ 1 8-nak találták. A rendkívül kis koncentráció egyszerűbb kifejezése céljából új egységet vezettek be az angol „tricium unit" szó kezdőbetűi alapján. 1 TU a koncentrációja a tríciumnak amennyiben a T/H arány 10 '*/. Ez víz esetében 7.2 bomlás/perc X liternek felel meg. A felfedezés jelentőségét hamar felismerte a tudományos világ és számos tricium laboratóriumot hoztak létre a világ különböző országaiban, melyek által szolgáltatott eredmények elsősorban a hidrológia és a meteorológia területén jelentettek előrelépést. Az alkalmazási lehetőségek széles skálája és a világon eddig összegyűjtött tricium mérési eredmények nagy száma ellenére a mérési módszer — bár állandóan tökéletesedett —- nem változott. Elvileg újat csak a gyorsítók tömegspektrométerként történő használata jelentett a tricium dátumozás területén [6].|Sikerült ugyanis elérni azt, hogy nemcsak a mérési idő alatt elbomló atomokat regisztrálják, hanem mérni lehet a tricium/procium arányt, amely pl. 100 TU esetében TjH = 10~ 1 6; vagyis hagyományos tömegspektrométerrel nem mérhető. Így a mérési pontosság növelhető a * MTA ATOMKI, Debrecen. szükséges mintamennyiség pedig lényegesen csökken. A módszer nagy hátránya a méréshez szükséges gyorsító magas ára. Jelen cikkben a szerzők a széles körben használt béta számlálásos mérési technika és dúsítási eljárások rövid összefoglalása után ismertetik a triciumkoncentráció tömegspektrométeres mérési módját, amelynek egy változatát a kanadai McMaster egyetemen már megvalósították. Az új módszerrel elérhető, sőt várhatóan felülmúlható a számlálásos technika érzékenysége. Rámutatnak, hogy a tömegspektrométeres mérési módszer hazai erőforrásokra támaszkodva nálunk is bevezethető, s az Atommag Kutató Intézetben a tömegspektrométer építés és nemes gáz analízis területén rendelkezésre álló kísérleti tapasztalatok lehetővé teszik a szükséges berendezések kockázatmentes kifejlesztését. Hagyományos technika A jelenleg működő laboratóriumok a triciumkoncentráció mérését a tricium beta bomlására vezetik vissza. A mérés nehézségét egyrészt a bomlás során keletkező elektronok kis energiája (-&\nax= 18,0 keV), másrészt a tricium rendkívül kis koncentrációja jelenti. Két technika terjedt el napjainkig: ezek a gázszámlálási technika és a folyadékszcintillációs számlálás [7J. (Jázszáinlálási technika Geiger vagy proporcionális számlálási tartományban működő számláh')kat használnak. A mezon háttér csökkentése érdekében a számlálókat antikoincidencia védőszámlálókkal veszik körül, majd ezt a gamma, elektron, ill. nukleon háttértől passzív védelemmel (ólomház, vasköpeny) árnyékolják. Ez utóbbiakban a kozmikus sugárzás nukleon komponense neutronokat termel, melyek elnyeletése céljából a védőszámláló köré még bórt tartalmazó magas hidrogéntartalmú anyagból (paraffin, polietilén) védőréteget helyeznek. Számos esetben speciális számlálókat használnak, melyeknél a védőszámlálót és a proporcionális számlálót vékony műanyag fóliára párologtatott fémréteg választja el [8], A fólia helyettesíthető a számlálók gázterében kifeszített szálakkal is. így akár több számláló is működtethető ugyanabban a gáztérben, amelyek egymással belső antikoincidenciába vannak kapcsolva [9]. Töltőgázként vagy hidrogént és valamilyen kioltó gázt, vagy szintetizált szénhidrogéneket (metánt, etánt) használnak néhány atmoszféra nyomáson. Szcintillációs technika A használt berendezések általában gyárilag sorozatgyártásban készülő termékek. A háttér-
