Här presenterar vi den bärbara autoRAD plattformen för snabb radiometrisk separation och bestämning av 90Sr, en viktig fission produkt mycket relevant för kärnavfall.
En snabb, automatiserad och bärbara system för separation och bestämning av radiostrontium i vattenlösning prover, använder Sr-harts och multi sekventiella flödet injektion analys, har utvecklats. Koncentrationerna av radioaktivt strontium bestämdes genom flödet scintillation räkna, möjliggör bestämning av on-line och också på plats. Det föreslagna systemet kan avgöra radioaktivt strontium på industriellt relevanta nivåer utan ytterligare modifiering med övergripande analys tid på mindre än 10 min per vattenhaltiga provet. Detektionsgränsen är 320 fg·g-1 (1,7 Bq/g).
Ca 150 kommersiella kärnkraftverk (NPP) genomgår avveckling, men det totala antalet kärnkraftverk är mycket större om forskning och upparbetningsanläggningar tas i övervägande1. Avveckling av kärntekniska anläggningar är mycket kostsamt och innebär transport och off site mätning av förorenat material. Besparingar är möjligt genom att anta på plats och flexibla mätning tekniker1. Därför finns det ett brådskande behov av snabb på plats analytiska metoder stödja avvecklingen av gamla kärnanläggningar. Gamma-sändare kan enkelt och selektivt bestämmas med hjälp av gamma-spektroskopi, men det finns brister i hotellets analysmetoder för svårt att mäta (HTM) radionuklider2. Bland HTM, 90Sr är av stort intresse på grund av dess toxicitet och hög energi utsläpp. Dess beslutsamhet är tidskrävande och kräver avskiljandet från störningar och kvantifiering använder LSC eller spektroskopiska metoder3,4,5,6,7, 8,9,10,11,12,13.
Standard radiokemiska metoder är tidskrävande och kräver ofta upprepningar att få en tillräcklig avkastning av strontium. Därför finns det ett brådskande behov av snabbare och korrekta metoder. Förutom standard separation protokollen tillämpas flöde injektionstekniker rening och/eller före koncentrationen av radioisotoper5,14,15. Lab-på-ventil (LOV) enheter är en vidareutveckling i flödet tekniker. De programmerbara, flöde-baserade plattformar med olika koppling lägen och uppvisar hög mångsidighet16. Sådana enheter kan automatisk separation och före koncentrationen av analyter innan upptäckt, vilket ökar reproducerbarhet och repeterbarhet8,17,18,19. LOV-system kopplade till pumpar multisyringe flöde har använts för detektion av radionuklider, på grund av minimering av reagens konsumtion och avfall generation8,10,17, 18 , 19 , 20. dock rapporterade studier angående online upptäckt på ultra-trace nivåer är glesa8,17.
På plats mätningar av radioaktivt material har många fördelar och fördelar, men det finns inget program av flöde scintillation 90Sr övervakning. I grund och botten uppnås kvantifiering med hjälp av en online detektor som blandar eluatet kommer från LOV enheten med den sprakande cocktail11,21,22. Blandningen pumpas sedan genom den räknande cellen och mätning görs med hjälp av ihopkopplade fotomultiplikatorer. På grund av den lilla volymen av cellen är mättiden sekunder skalan.
Syftet med denna forskning är utvecklingen av en helt automatiserad metod för on-line strontium upptäckt över ett stort arbetsområde, som täcker både miljömässigt relevanta koncentrationer och även de hittade i kärnkraftsindustrin avfallsflöden. Plattformen är mobila och kan monteras i ett fordon för att utföra på plats analys av vattenfasen prover.
Radiologiska karakterisering och skydd är kritiska frågor under alla faser av en kärnanläggning livscykel. Behovet av radionuklid beslutsamhet under avveckling av kärntekniska anläggningar kräver kontinuerlig förbättring av analytiska förfaranden. Detta innebär en förstärkning av selektivitet och känslighet, och förkorta tiden analys. AUTORAD prototypen uppfyller dessa krav. Dessutom prototypen är bärbar och tillåter Hotellets bestämning. Den föreslagna automatiserade on-line metoden tillämpades för bestämning av 90Sr aktivitet i vattenlösning prover.
Figur 1 visar en schematisk bild av AutoRAD systemet. Kommunikation med prototypen uppnås med hjälp av kommersiella grafiska programmeringsspråket LabVIEW 2014. Virtuella Instrument programvara arkitektur (visum) läget för konfigurering, programmering och styrning av gränssnitt har distribuerats. Figur 2 visar skärmen grafiskt gränssnitt där portkonfigurationen kan verifieras före systeminitiering. VISUM är oberoende på operativsystem och program miljön, så det ger enastående mångsidighet. Grundläggande struktur och funktioner i utvecklade programvaran har varit omdebatterade i föregående publikation24. Förbättringar har uppnåtts genom att kontrollera byretter av datorn med ett RS232-gränssnitt, vilket möjliggör förbättrad kontroll av båda byretter samtidigt och möjligheten att utföra mätningar i stoppläge flöde. Däremot reagerar den RS232-anslutningen snabbt när systemet mottrycket ökar. Detta kan leda till systemfel och mätning stoppa. Särskild uppmärksamhet har därför betalas i processen harts lastning och jonstyrka av proverna.
Optimering av de experimentella förhållandena uppnåddes i en uppsättning experiment med strontium stabil isotop 86Sr som ett surrogat för den radioaktiva 90Sr och av koppling AUTORAD systemet till en ICP-MS i stället för en beta detctcor systemet. Figur 3 visar den ICP-MS 86Sr eluering profiler. Den erhållna 86Sr eluering profiler är helt överens med tidigare rapporterade resultat för total strontium använder lågtryck separation enheter25, och har varit tomt subtraheras. Linjär regression minsta kvadratmetoden användes för att generera en passform för ändamålet kurvan som inte införa en extra osäkerhet komponent. Linjäriteten erhålls var 0,995, med p-värden mindre än signifikansnivån. LOD 2 pg·g-1bestämdes av upprepade mätningar av Tom enligt Currie26. Reproducerbarheten för metoden, baserat på den relativa standardavvikelsen för topparean beräknas på grundval av tre upprepade körningar, var alltid mindre än 4% i intervallet 10 till 120 pg·g-1. Axeln bevittnat i eluering profiler är troligen en artefakt på grund av icke-optimala förpackning av kolumnen i automatiserade AUTORAD konfigurationen.
Figur 4 visar 90Sr profil med hjälp av radio flöde detektorn. Systemets AUTORAD är kunna effektivt separera 90Sr i vattenlösning prover.
Figur 5 visar beroendet av 90Sr koncentration med signalen är linjär i intervallet av intresse. Härledda detektionsgränsen är i fg. g-1 intervall, så att, utan ytterligare modifiering, bestämning av radiostrontium i kärnkraftsavveckling och avfall karakterisering prover. Metodens, använder flöde scintillation detektorn och baserat på den relativa standardavvikelsen för topparean, reproducerbarhet är cirka 30% i studerade koncentrationer. Den nuvarande uppbyggnaden av prototypen, men begränsar dess tillämpning på omgivningsprov, huvudsakligen på grund av den korta tid som räknar i detektorn. Komplexa matriser kan dessutom mätta kådan i kolumnen mini.
Stoppas-flow tekniken, där både Hamilton och radio flödet detektor pumpen stoppas under mätningen, skall genomföras. Denna funktion kommer att förbättra känsligheten genom att utvidga uppehållstid i den största delen av zonen prov inom cellen flöde. Således är en statistiskt meningsfulla signal acculated innan provet avslutas detektorn. Detta tillvägagångssätt kommer att förbättra både räkna statistik och detektionsgränserna. Dessutom utvecklas en ny ansökan inklusive en ytterligare-mini jonbytarkolonn för avlägsnande av matrix komponenter som kan påverka lagring och separation av olika radionuklider i komplexa matric prover.
The authors have nothing to disclose.
Författarna vill akunskap de kollegor och människor inblandade i de olika stegen i projektet. Kollegorna i GFC Karlsruhe design office, herrarna Dietrich Knoche och Volkmar Ernest, i den JRC Karlsruhe Workshop herrarna Christian Diebold och Joachim Küst för konstruktion och tillverkning av labbet på ventil (LOV) grenrör och Ringwald GmbH för den programvara genomförandet av stoppas flöde upptäckt läge tekniken.
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 |