МИНИСТЕРСТВО ИНДУСТРИИ И НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ РК
Республиканское государственное предприятие
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР РК (РГП НЯЦ РК)
Дочернее государственное предприятие
ИНСТИТУТ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
(ДГП ИГИ РГП НЯЦ РК)
УДК 539.1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ PU-239 МЕТОДОМ УСКОРИТЕЛЬНОЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ
Работа, представленная на конференцию - конкурс НИОКР
молодых ученых и специалистов
(прикладная)
Курчатов 2011
АВТОР
Глущенко Николай Викторович
Инженер, ИЯФ НЯЦ РК,
1986,
2009г., КазНУ им. аль-Фараби,
специальность – ядерная физика,
квалификация по диплому – бакалавр,
работает с 2006 на УКП-2-1
общий стаж работы -5 лет .
Глущенко Николай Викторович
ОПРЕДЕЛЕНИЕ PU-239 МЕТОДОМ УСКОРИТЕЛЬНОЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ
Работа, представленная на конференцию - конкурс НИОКР молодых ученых и специалистов Национального ядерного центра Республики Казахстан
Дочернее государственное предприятие «Институт геофизических исследований» Республиканского государственного предприятия «Национальный ядерный центр Республики Казахстан» (ДГП ИГИ РГП НЯЦ РК).
050020, г. Алматы, Чайкина 4, тел. (727)263-13-30, (727)263-48-82,
факс.(727) 263-48-82, E_mail: kcd1234@mail.kz
РЕФЕРАТ
Работа 9 страниц, 6 рисунков, 2 источника.
Объект исследования: биологические пробы,
Актуальность: учитывая интенсивное развитие в Казахстане атомной отрасли, требуется развитие новых высокочувствительных методов анализа биологических проб, позволяющих оценивать влияние техногенных радионуклидов на организм человека.
Цель работы: разработка метода ускорительной масс-спектрометрии для определения содержания 239Pu в биологических пробах.
Задача исследования: выбор наиболее эффективной системы регистрации ускоренных ионов 239Pu+ и оптимизация метода ускорительной масс-спектрометрии на перезарядном ускорителе УКП-2-1.
Методика исследований: регистрация ускоренных ионов 239Pu+ и определение отношения 239Pu/242Pu+. 242Pu+ в экспериментах используется в качестве внутреннего стандарта.
Результат работ: результатом проводимых работ будет первый в Казахстане высокочувствительный метод определения содержания 239Pu в биологических пробах.
Научная новизна: до сих пор в Казахстане метод ускорительной масс-спектрометрии для анализа содержания 239Pu в биологических пробах не использовался.
Личный вклад автора: автор работы принимал непосредственное участие в оптимизации системы транспортировки пука на ускорителе УКП-2-1. Автором был проведен поиск используемых в мире систем регистрации ускоренных тяжелых частиц и выбрана наиболее эффективная из них.
Публикации:-
ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ
СОДЕРЖАНИЕ
1. Ускоритель УКП-2-1 7
2. Система регистрации 9
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ_________________________ 13
Введение.
Одной из наиболее актуальных проблем двадцать первого века является проблема неизбежно нарастающего загрязнения окружающей среды высокоактивными радионуклидами - как продуктами деления ядер, так и искусственными трансурановыми элементами. В радиоэкологических исследованиях, при изучении последствий открытых ядерных испытаний и технологической деятельности, связанной с производством и оборотом ядерных материалов, большое внимание уделяется накоплению изотопов плутония в организме человека, ввиду того, что он является одним из основных дозообразующих элементов.
Уже сейчас содержание техногенного плутония в верхнем слое (до 30 см) почвы составляет около 10-13 г/г. Для информации, при содержании плутония в почве в окрестностях Чернобыля 10-12 г/г население этих местностей подлежит переселению в более безопасные места. Поэтому проблема определения техногенных радионуклидов в окружающей среде и их метаболизма в организме человека является одной из важнейших задач радиоэкологии.
Республика Казахстан интенсивно развивает атомную отрасль в части добычи и переработки ядерного топлива. В ближайшее время в Республике планируется развитие атомной энергетики. Неизбежно встанут вопросы, связанные с контролем здоровья персонала, занятого в этих отраслях. Необходимо будет контролировать поступление тяжелых радионуклидов в организм человека как на этапе добычи и переработки, так и на этапе утилизации отработанного топлива и других ядерных отходов.
Необходима организация систематического контроля за содержанием техногенных радионуклидов в почве, воде, растениях, пищевых продуктах, а также теле человека, аналогично тому, как это уже производится в глобальном масштабе для существенно менее опасного естественного радона, активность которого в биосфере практически не меняется в масштабе истории человечества.
В мире уже используется метод AMS, который зарекомендовал себя как метод с высоким показателем чувствительности и точности. Однако применение этого метода довольно обширно. Метод AMS используется уже более 30 лет для датировки образцов.
В двух словах объясню, что скрывается за аббревиатурой AMS. Это исследования элементного и изотопного состава путем прямого измерения количества их атомов в веществе. Поскольку содержание таких изотопов крайне невелико, то для их измерения необходимо ускорение потока ионов данных атомов путем придания им высокой энергии. Эта задача решается с помощью ускорителя частиц типа тандетрона.
Преимущественно существующие установки, оборудованные для проведения AMS, не ориентированы на анализ трансурановых элементов, большая их часть предназначена для радиоуглеродного анализа. Анализ биологических объектов на предмет содержания плутония в организме человека и животных методом AMS в Казахстане не проводился.
Создание установки AMS для анализа плутония и других трансурановых элементов позволит осуществить радиоэкологические исследования. Уровень чувствительности, предлагаемый методом AMS, позволит включить в сферу исследований живые организмы, в том числе человека.
В мировой практике лаборатории, располагающие методом AMS, развивали его, как правило, на основе существующего ускорителя. Такой ускоритель в Институте Ядерной Физики есть, и он оснащен основными, наиболее дорогостоящими компонентами системы AMS, включая анализирующие магниты, электростатический анализатор, источник тяжелых ионов. В случае успешной реализации метода, Республика Казахстан получит высокочувствительный метод анализа содержания трансурановых элементов в биологических средах.
Альтернативными способами определения низких концентраций радионуклидов являются α–спектрометрия и ICP-MS спектрометрия. Достигнутые пределы обнаружения по плутонию для α–спектрометрии - 25 мкБк на пробу. Так как речь идет об образцах, взятых у человека, то невозможно повысить чувствительность за счет увеличения объема пробы. Метод ICP-MS, основанный на плазменном распылении водного раствора исследуемого образца имеет высокую чувствительность – вплоть до 2 пг/л (вода). При этом следует учитывать, что достигнуть такой чувствительности по плутонию возможно только для специально приготовленных образцов, не содержащих 238U, так как при использовании водных растворов реальных образцов образуются молекулярные ионы 238UH+ и 238UH2+, неотличимые методом ISP-MS от 239Pu+ и 240Pu+ соответственно. Предел обнаружения при этом падает до уровня содержания урана. В Казахстане существуют лаборатории, имеющие в своем распоряжении α–спектрометрию и ICP-MS (в том числе, ИЯФ имеет оба метода), но ввиду ограничения по пределу обнаружения ими исследовались только объекты окружающей среды – вода, почва, растения, при этом оценить дозу, поступившую в организм можно только косвенным путем с очень высокой погрешностью.
Метод AMS обладает широкой универсальностью, как по части анализируемых элементов, так и по части происхождения образцов и их матричного состава. Границы применимости AMS чаще всего ограничиваются чисто техническими параметрами, такими как жесткость магнитных сепараторов, их разрешение, наличие природных изобар с высокой концентрацией, возможности ионных источников и пр. Создаваемая установка на базе электростатического ускорителя обладает широкой универсальностью и будет в состоянии анализировать весь спектр элементов для твердых образцов (или образцов, которые возможно перевести в твердое состояние). Хотя основным целевым изотопом для создаваемой установки является плутоний, ввиду важности этого элемента для радиоэкологических исследований и отсутствия альтернативных методов его анализа с достаточной чувствительностью, метод может быть применен для исследования образцов с ультранизкими концентрациями других радионуклидов и не радиоактивных высокотоксичных элементов, таких как таллий, сурьма, висмут, барий и пр.
Ускоритель УКП-2-1.
Схема ускорителя УКП-2-1 представлена на рис.1. Ускоритель включает в себя:
1. Канал тяжелых ионов.
2. Канал легких ионов.
3. Перезарядное устройство
Так как для метода AMS используется только канал тяжелых ионов, легкий канал нас не интересует. Канал тяжелых ионов состоит из:
1. Источника тяжелых ионов
2. 2 анализирующих магнитов
3. Система диагностики пучка
4. Электростатический анализатор
5. Система регистрации