Progress state in uranium isotopic analysis in environmental particulate
- 1. Comisión Nacional de Energía Atómica, General San Martín, Buenos Aires (Argentina) Gcia. Química
Description
In recent decades, the Nuclear Safeguards underwent quantitative changes, reaching the limits of control of the fissionable material at particle levels (pg/fg). This allows verification of the IAEA/ABACC by inspection, not only via swipes by the bulk method but also by identifying within each swipe, particles of different enrichment level by a technique referred to as "fission-track" (FT-TIMS) and individually determine the isotope of actinides. The new requirements determined by the IAEA make it necessary for improved self-control capabilities of its installation by the National Atomic Energy Commission, bringing forth the development and necessary investments, with the goal to implement this technology (FT-TIMS), is essential in a country with significant technological abilities in the nuclear area. For this reason, work has been completed on the renovation of the NUCLIDE mass spectrometer by thermal ionization mass spectrometry (TIMS) that the CNEA Headquarters has in its possession which provides a new vacuum system, modifies the ion source, updates electronic components, and improves an annex system, (degassing device) that allows for the removal of impurities and carburizing the filaments used for measurement of ultramicro amounts. Additionally, we are working on new software for NUCLIDE spectrometer regulation and the acquisition of data through Windows, This presentation outlines alternative methods of isotopic analysis, conventional analysis methods requiring microgram (10-6g) quantities thus allowing measurement of isotopes of ultramicro amounts and particles (10-9-10-12g) with acceptable uncertainty, One of these innovations was created for equipment that had a single detector SEM (IC), and consists of an accurate and continuous filament heating evaporation. This is achieved by a transition (2000 seconds) which allows to deduce the entire time signal of the major isotopes (238U) while sequentially measured by the process known as "peak stepping" all the isotopes including the minor isotopes (234U, 235U y 236U). The other method considered here, originally devised in IAI (Institute of Analytical Instrumentation) of the Russian Academy of Sciences for a similar equipment of NUCLIDE but provided with a multichannel detector "position sensitive ion detector" (PSID), it uses a heated tungsten evaporation filament so that the sample is consumed during rapid transient (100-200 seconds). The signal/noise ratio, achieve good LD, despite having relatively low ionization efficiency. The CNEA laboratory employs some filament configuration and acceleration lens changes which proved advantageous for this methodology. Finally, we are developing technical carburization, which can achieve an increase in the filament work function of rhenium on which the sample is deposited, improving the efficiency of the ionization in one order of magnitude and increasing both the stability and the strength of the signal. Thus, the sequential measurement is made possible on equipment that has a single counter being useful in detecting equally simultaneous measurements (MIC-TIMS). (author)
Abstract (Spanish)
En las últimas décadas, las Salvaguardias Nucleares sufrieron cambios importantes interesando el control del material fisionable hasta nivel de partículas (pg/fg). Esto permite al OIEA/ABACC verificar mediante inspecciones, no solo vía swipes por el método "bulk" sino también identificar dentro de cada swipe, partículas de diferente enriquecimiento por una técnica denominada "fission-track" (FT-TIMS) y determinar la isotopía de actínidos individualmente. Las nuevas exigencias determinadas por el OIEA hacen necesaria una mejora en las capacidades de autocontrol de sus instalaciones por parte de la Comisión Nacional de Energía Atómica, llevando adelante el desarrollo y las inversiones necesarias, con el fin de poder aplicar esta tecnología (FT-TIMS), esencial en un país con importantes capacidades tecnológicas en el área nuclear. Para ello, se trabajó en la actualización del espectrómetro de masas NUCLIDE por termoionización (TIMS) que CNEA posee en Sede Central, dotándolo de un nuevo sistema de vacío, modificando la fuente de iones, actualizando componentes electrónicos, y mejorando un equipo anexo, (campana de desgasado) que permite eliminar impurezas y carburizar los filamentos utilizados para la medición de ultramicrocantidades. Además se esta trabajando en nuevo software para el control del espectrómetro NUCLIDE y la adquisición de datos bajo Windows, En esta presentación se exponen métodos alternativos de análisis isotópico a la metodología convencional de análisis que requiere cantidades del orden de microgramos (10-6g) permitiendo así medir la isotopía sobre ultra-microcantidades de analito y de partículas (10-9-10-12g) con una aceptable incertidumbre, Una de estas innovaciones se pensó para un equipo que tuviese un único detector SEM (IC), y consiste en un calentamiento preciso y contínuo del filamento de evaporación. Se logra así, un transitorio (2000 segundos) que permite deducir a todo tiempo la señal del isótopo mayoritatrio (238U) mientras se miden en forma secuencial por el proceso denominado "peak stepping" todos los isótopos incluyendo los minoritarios (234U, 235U y 236U). El otro método aquí considerado, fue en su origen ideado en el IAI (Instituto de Instrumentación Analítica) de la Academia Rusa de Ciencias para un equipo similar al NUCLIDE pero provisto de un detector multicanal "position sensitive ion detector" (PSID),. Utiliza un filamento de evaporación de tungsteno calentado de manera tal que la muestra se consume durante un transitorio rápido (100-200 segundos). Por ser mayor la relación señal/ruido, se logran muy buenos LD, a pesar de ser la eficiencia de ionización relativamente baja. En el laboratorio de CNEA se practicaron algunos cambios de configuración de los filamentos y lente de aceleración que resultaron ventajosos para esta metodología. Y por último se esta desarrollando la técnica de carburización, con la cual se logra un aumento en la función trabajo del filamento de renio sobre el que se deposita la muestra, mejorando la eficiencia de ionización en un orden de magnitud, y aumentando tanto la estabilidad como la intensidad de la señal. De esta manera la medición secuencial se hace posible en equipos que poseen un solo contador siendo igualmente útil en mediciones con detección simultánea (MIC-TIMS). (autor)Files
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Additional details
Additional titles
- Original title (Spanish)
- Estado de avance en el análisis isotópico de uranio en particulado ambiental
Publishing Information
- Publisher
- AATN
- Imprint Place
- Buenos Aires (Argentina)
- Imprint Title
- XLI Annual meeting of the Argentine Association of Nuclear Technology (AATN 2014)
- Imprint Pagination
- [128 Mb]
- Journal Page Range
- 22 p.
- Report number
- INIS-AR-C--1707
Conference
- Title
- 41. Annual meeting of the Argentine Association of Nuclear Technology: The future of Argentinian nucleo electric energy, after 40 years of continued production
- Original Conference Title
- AATN 2014: 41. Reunión anual de la Asociación Argentina de Tecnología Nuclear: El futuro de la energía nucleoeléctrica en Argentina, luego de 40 años de producción continuada
- Acronym
- AATN 2014
- Dates
- 1-5 Dec 2014
- Place
- Buenos Aires (Argentina)
INIS
- Country of Publication
- Argentina
- Country of Input or Organization
- Argentina
- INIS RN
- 49101703
- Subject category
- S54: ENVIRONMENTAL SCIENCES; S46: INSTRUMENTATION RELATED TO NUCLEAR SCIENCE AND TECHNOLOGY;
- Resource subtype / Literary indicator
- Conference
- Descriptors DEI
- ECOLOGICAL CONCENTRATION; FISSIONABLE MATERIALS; MEASURING INSTRUMENTS; PARTICLES; URANIUM 234; URANIUM 235; URANIUM 236
- Descriptors DEC
- ACTINIDE NUCLEI; ALPHA DECAY RADIOISOTOPES; EVEN-EVEN NUCLEI; EVEN-ODD NUCLEI; HEAVY ION DECAY RADIOISOTOPES; HEAVY NUCLEI; INTERNAL CONVERSION RADIOISOTOPES; ISOMERIC TRANSITION ISOTOPES; ISOTOPES; MAGNESIUM 28 DECAY RADIOISOTOPES; MATERIALS; MINUTES LIVING RADIOISOTOPES; NEON 24 DECAY RADIOISOTOPES; NUCLEI; RADIOISOTOPES; SPONTANEOUS FISSION RADIOISOTOPES; URANIUM ISOTOPES; YEARS LIVING RADIOISOTOPES
Optional Information
- Notes
- 13 refs., 23 figs., 2 tabs. Imprint:XLI Reuni#Latin Small Letter O With Acute#n anual de la Asociaci#Latin Small Letter O With Acute#n Argentina de Tecnolog#Latin Small Letter I With Acute#a Nuclear (AATN 2014)