200950. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés radioaktív izotópok elválasztására
HU 200950 B A találmány tárgya eljárás és berendezés radioaktívizotópok, különösen WER típusú atomreaktorok primer vízközben előforduló oldott izotópok analitikai célú elválasztására. A WER típusú atomreaktorok primer vízközben előforduló, üzemviteli és üzembiztonsági szempontból fontos valamennyi radioizotóp radioaktív koncentrációját, a primervízből vett minta teljes izotópösszetételét tisztán műszeres méréssel, gamma-spektrometriás kiértékelést alkalmazva csak több napos hűtést követően lehet meghatározni, a nagy radioaktív koncentrációjú, ún. mátrixkomponensek, elsősorban a ^Na, 42K és 18F jelenléte miatt. A mintavételt követő gyors mérés érdekében a mátrixkomponenseket kémiailag el kell választani. A WTíR típusú atomerőművek primerköri hőhordozójában előforduló mátrixkomponenseknek a vízminták elemzésére gyakorolt zavaró hatását az alábbi ismert eljárásokkal igyekeznek kiküszöbölni: A.) Egyes radioizotópok egyedi elválasztásának módszere korábban üzembehelyezett WER típusú erőműveknél alkalmazott elválasztási eljárással - melyet a Paksi Atomerőmű Vállalat is átvett - egyedileg választják el az alábbi izotópokat:- jódizotópok elválasztása I2 extrahálásával és ezt követően a jodidionok izotópcserés megkötésével ezüstjodidon;- cézium elválasztása klasszikus csapadékos módszerrel, például cézium-hexakloroplatinátként vagy cézium-ferrocianidként;- bárium és stroncium leválasztása karbonát csapadékként, majd a Ba és Sr elválasztása kromát csapadékaik eltérő oldhatósága alapján. B) Csoportelválasztást megvalósító ioncserés kromatográfiás módszer A Novovoronyezsi Atomerőműben alkalmazott eljráás (Moszkvin L.N. és mtsai 512426 sz. szovjet találmányi leírás) során többféle, porózus teflonhordozóra felvitt extraháló, ill. ioncserélő anyaggal töltött kolonnára engedik a mintát. Az alkalmazott adszorbensek közül - a trioktil-amin a jodidionok,- a di-(2-etil)-hexil-foszforsav a cériumionok, - az ammónium-foszforlibdát a céziumionok,- KV-2 kationcserélő gyanta a stroncium- és bériumionok szelektív megkötésére szolgál. Az eljárás kivitelezésére Moszkvin N.L. és mtsai autimatikus berendezést is kifejlesztettek. Az INVARIANI-2 berendezéssel radioizotópok kétdimenziós folyamatos kromatográfiás csoprotelválasztása valósítható meg. A berendezés egymás alatt elhelyezett, állandó szögsebességgel forgó hengereket tartalmaz, amelyeken különböző szorbensrétegek vannak elhelyezve. A minta komponensei kötéserősségük függvényében haladnak előre a hengereken, majd az elúciós zónába jutnak. Az elválasztott komponenseket - megfelelő eluens alkalmazásával - külön kollektrocsatornákba gyűjtik. A szerzők szerint a berendezéssel 5-10%-os bizonytalansággal néhányszor tíz perc alatt határozhatók meg az I, Sr, Ba, Rb és Cs-izotópok. Az A) eljárással egyes radioaktív izotópok egyedileg, szelektíven és megfelelő dúsítás után határozhatók meg. Ugyanakkor hátrányos, hogy több 1 izotóp egymás melletti meghatározása nem lehetséges, az elválasztások általában bonyolultak, munka- és időigényesek, és általában nem automatizálhatók. A B) típusú eljárással egyetlen elválasztási lépést követően több izotóp radiokémiái koncentrációja mérhető meg. Az eljárás automatizálható. Hátránya, hogy sok speciális szorbens és extrahálószer készítése szükséges hozzá, az előkészítő műveletek így ez esetben is munka- és időigényesek. A folyamatos elúció következtében nem érhető el jelentős dúsítás (a szerzők adatai szerint a dúsítási tényező 8), így az eljárás a kisebb mennyiségben jelenlévő komponensek meghatározására kevésbé érzékeny. A szerzők nem közöltek adatokat az egyes töltetekkel elérhető szelektivitásra vonatkozóan. A találmány kidolgozásakor célul tűztük ki olyan távvezérelhető és automatizálható eljárás kialakítását, amellyel radioizotópok vizes oldatából, különösen WTiR típusú atomerőművek primerköri hőhordozójából a Na, K és F mátrixkomponensek szelektíven eltávolíthatók olyan mértékben, hogy aktivitásuk legalább néhány nagyságrenddel csökkenjen. Ezáltal az oldat izotópösszetétele, elsősorban a fontosabb hasadási termékek koncentrációja a mintavételt követő néhány órán belül gamma-spektrometriás méréssel meghatározható. Mivel a jelenleg alkalmazott eljárások megvalósítására szolgáló berendezések nem alakíthatók át oly módon, hogy a találmány szerinti eljárás kivitelezésére alkalmasak legyenek, célul tűztük ki továbbá egy olyan autimatikus berendezés kialakítását, amellyel a találmány szerinti eljárás optimális módon, minimális anyagveszteséggel, rövid idő alatt végrehajtható. A berendezéssel szembeni továbbikövetelmény, hogy távvezérelt üzemeltetése egyszerűen megvalósítható legyen. A találmány alapja az a felismerés, hogy radioizotópokat tartalmazó oldatból, amely mátrixkomponensekként nátrium-, kálium- és fluoridionokat tartalmaz, ezeket az ionokat olyan ioncserélő anyaggal töltött oszloppal távolítjuk el, mellyel egyúttal kromatográfiás csoportelválasztást is végezhetünk, és ennek eredményeként elsősorban a legfontosabb hasadási termékek (I, Cs, Rb, Sr, Ba) határozhatók meg. Az elválasztáshoz az amorf cirkónium-foszfátot találtuk alkalmasnak, mivel ez cézium- és rubidiumionokra savas közegben káliummal és nátriummal szemben szelektív kationcserélő, ugyanakkor az anionokat, valmaint a nemesgázokat ne, a fluoridionokat - az áramlási sebességtől függő mértékben - komplexként köti meg. Lényeges továbbá, hogy a cirkónium-foszfáton savas közegben nem kötődő stroncium- és bárium-ionok az oszlopon lúgos közegben megköthetők, és így a nátriumtól és káliumtól elválaszthatók. Az elválasztást követően az oszlop a rajta megkötött ionokkal kismennyiségű hidrogénfluoridban feloldható, így a minta kis koncentrációjú komponensei mintegy két nagyságrendű dúsítás után sokkal érzékenyebben határozhatók meg. E felismerés alapja radioizotópok, különösen WT£R tíousú atomrektorok primer vízkörében előforduló oldott és különösen mátrixkomponensként nátrium-, kálium- és adott esetben fluoridio-2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
