DIN ISO 18589-4-2010 Measurement of radioactivity in the environment - Soil - Part 4 Measurement of plutonium isotopes (plutonium 238 and plutonium 239 + 240) by alpha spectrometry.pdf

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1、Juni 2010DEUTSCHE NORM DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDENormenausschuss Radiologie (NAR) im DINPreisgruppe 16DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr No

2、rmung e.V., Berlin, gestattet.ICS 13.080.99; 17.240!$XK“1539440www.din.deDDIN ISO 18589-4Ermittlung der Radioaktivitt in der Umwelt Erdboden Teil 4: Messung von Plutoniumisotopen (Plutonium-238 undPlutonium-239 + 240) durch Alphaspektrometrie (ISO 18589-4:2009)Measurement of radioactivity in the env

3、ironment Soil Part 4: Measurement of plutonium isotopes (plutonium 238 and plutonium 239 + 240) byalpha spectrometry (ISO 18589-4:2009)Mesurage de la radioactivit dans lenvironnement Sol Partie 4: Mesurage des isotopes du plutonium (plutonium 238 et plutonium 239 + 240) parspectromtrie alpha (ISO 18

4、589-4:2009)Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang Seiten25DIN ISO 18589-4:2010-06 2 Inhalt SeiteNationales Vorwort3 1 Anwendungsbereich .5 2 Normative Verweisungen .5 3 Begriffe und Formelzeichen5 4 Prinzip.6 5 Chemische Reagenzien und Hilfsmittel6 6

5、Verfahren6 6.1 Aufschluss des Plutoniums.6 6.2 Chemische Trennung .7 6.3 Vorbereitung der zu messenden Quelle.7 6.3.1 Elektrodeposition.7 6.3.2 Mitfllung .7 6.4 Untergrundbestimmung7 6.5 Messung .7 7 Angabe der Ergebnisse7 7.1 Berechnung der Aktivitt je Masseneinheit 7 7.2 Standardmessunsicherheit.8

6、 7.3 Erkennungsgrenze .9 7.4 Nachweisgrenze .9 7.5 Vertrauensgrenzen .9 8 Prfbericht 10 Anhang A (informativ) Aufschluss des Plutoniums11 Anhang B (informativ) Chemische Trennung des Plutoniums durch Flssig-flssig-Extraktion .15 Anhang C (informativ) Chemische Trennung des Plutoniums durch Anionenau

7、stauschchromatografie .17 Anhang D (informativ) Chemische Trennung des Plutoniums durch Extraktionschromatografie .19 Anhang E (informativ) Herstellen der Quelle durch elektrolytische Abscheidung .21 Anhang F (informativ) Herstellung der Quelle durch Mitfllung.24 Literaturhinweise.25 Bild E.1 Schema

8、zeichnung einer Elektrolysezelle.23 DIN ISO 18589-4:2010-06 3 Nationales Vorwort Vorausgegangener Norm-Entwurf: E DIN ISO 18589-4:2007-09. Fr diese Norm ist das nationale Arbeitsgremium GUK 967.2 Aktivittsmessgerte fr den Strahlenschutz“ der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informat

9、ionstechnik im DIN und VDE (www.dke.de), Gemeinschaftsgremium mit dem Normenausschuss Radiologie (NAR) im DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., zustndig. Fr die weitere Detailbehandlung der Themen zur Umweltberwachung hat das GUK den Arbeitskreis GAK 967.2.2 Umweltmessungen“ eingesetzt. Das intern

10、ationale Dokument wurde vom SC 2 Radiation protection“ des TC 85 Nuclear energy“ der Inter-nationalen Normungsorganisation (ISO) erarbeitet und den nationalen Komitees zur Stellungnahme vorge-legt. In der Normenreihe DIN ISO 18589 Ermittlung der Radioaktivitt in der Umwelt Erdboden“ sind derzeit fol

11、gende Teile vorgesehen: DIN ISO 18589-1, Teil 1: Allgemeiner Leitfaden und Begriffe. DIN ISO 18589-2, Teil 2: Leitlinie fr die Auswahl der Probenahmestrategie, Probenahme und Vorbe-handlung der Proben. DIN ISO 18589-3, Teil 3: Messung von Gammastrahlung emittierenden Radionukliden. DIN ISO 18589-4,

12、Teil 4: Messung von Plutoniumisotopen (Plutonium-238 und Plutonium-239 + 240) durch Alphaspektrometrie. DIN ISO 18589-5, Teil 5: Messung von Strontium-90. DIN ISO 18589-6, Teil 6: Messung der Alpha- und Beta-Gesamtaktivitten. Nationaler Anhang NA (informativ) Zusammenhang mit Europischen und Interna

13、tionalen Normen Fr den Fall einer undatierten Verweisung im normativen Text (Verweisung auf eine Norm ohne Angabe des Ausgabedatums und ohne Hinweis auf eine Abschnittsnummer, eine Tabelle, ein Bild usw.) bezieht sich die Verweisung auf die jeweils neueste gltige Ausgabe der in Bezug genommenen Norm

14、. Fr den Fall einer datierten Verweisung im normativen Text bezieht sich die Verweisung immer auf die in Bezug genommene Ausgabe der Norm. Eine Information ber den Zusammenhang der zitierten Normen mit den entsprechenden Deutschen Normen ist in Tabelle NA.1 wiedergegeben. DIN ISO 18589-4:2010-06 4 T

15、abelle NA.1 Europische Norm Internationale Norm Deutsche Norm Klassifikation im VDE-Vorschriftenwerk ISO 31-9:1992 + A1:1998 ISO 11074:2005 E DIN ISO 11074:2006-06 ISO 11929:2010 DIN ISO 11929 in Vorbereitung; zurzeit Norm-Entwurf EN ISO/IEC 17025:2005 ISO/IEC 17025:2005 DIN EN ISO/IEC 17025:2005-05

16、 ISO 18589-1:2005 DIN ISO 18589-1:2009-02 ISO 18589-2:2007 DIN ISO 18589-2:2009-02 ENV 13005:1999 ISO/IEC Guide 98-3 = GUM:1995 IEC/TR 62461:2006 DIN V ENV 13005:1999-06 Fr Strahlenschutz siehe auch DIN VDE 0493 Bbl 2 (VDE 0493 Bbl 2):2007-06 VDE 0493 Bbl 2 Nationaler Anhang NB (informativ) Literatu

17、rhinweise DIN V ENV 13005:1999-06, Leitfaden zur Angabe der Unsicherheit beim Messen; Deutsche Fassung ENV 13005:1999 DIN EN ISO/IEC 17025:2005-05, Allgemeine Anforderungen an die Kompetenz von Prf- und Kalibrierlabo-ratorien (ISO/IEC 17025:2005); Deutsche und Englische Fassung EN ISO/IEC 17025:2005

18、 E DIN ISO 11074:2006-06, Bodenbeschaffenheit Wrterbuch (ISO/FDIS 11074:2005) E DIN ISO 11929:2008-06, Bestimmung der charakteristischen Grenzen (Erkennungsgrenze, Nachweis-grenze und Grenzen des Vertrauensbereichs) bei Messungen ionisierender Strahlung Grundlagen und Anwendungen (ISO/DIS 11929:2008

19、) DIN ISO 18589-1:2009-02, Ermittlung der Radioaktivitt in der Umwelt Erdboden Teil 1: Allgemeiner Leitfaden und Begriffe (ISO 18589-1:2005) DIN ISO 18589-2:2009-02, Ermittlung der Radioaktivitt in der Umwelt Erdboden Teil 2:Leitlinie fr die Auswahl von Probenahmestrategie, Probenahme und Vorbehandl

20、ung der Proben (ISO 18589-2:2007) DIN VDE 0493 Beiblatt 2 (VDE 0493 Beiblatt 2):2007-06, Strahlenschutz-Messgerte Bestimmung der Unsicherheit beim Messen (IEC/TR 62461:2006)DIN ISO 18589-4:2010-06 5 Ermittlung der Radioaktivitt in der Umwelt Erdboden Teil 4: Messung von Plutoniumisotopen (Plutonium-

21、238 und Plutonium- 239 + 240) durch Alphaspektrometrie 1 Anwendungsbereich In dieser Norm wird ein Verfahren fr die Messung der Plutoniumisotope 238Pu und 239+240Pu im Erdboden durch Alphaspektrometrie nach Anwendung chemischer Trenntechniken beschrieben. Dieses Verfahren kann fr jede Art von Umwelt

22、studien oder zur Umweltberwachung angewendet werden. Es kann auerdem fr Messungen sehr geringer Aktivittspegel genutzt werden, die eine oder zwei Grenordnungen niedriger sind als die Alphaemissionspegel von natrlichen Radionukliden. Die erforderliche Masse der Prfmenge hngt von der angenommenen Akti

23、vitt der Probe und der gewnschten Nachweisgrenze ab. In der Praxis knnen Prfproben von 0,1 g bis 100 g verwendet werden. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe.

24、 Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). ISO 31-9, Quantities and units Part 9: Atomic and nuclear physics ISO 11074, Soil quality Vocabulary ISO/IEC 17025, General requirements for the competence of testing and calibrat

25、ion laboratories ISO 18589-1, Measurement of radioactivity in the environment Soil Part 1: General guide and definitions ISO 18589-2, Measurement of radioactivity in the environment Soil Part 2: Sampling strategy, sampling and pre-treatment of samples 3 Begriffe und Formelzeichen Fr die Anwendung di

26、eses Dokuments gelten die Begriffe und Formelzeichen nach ISO 18589-1, ISO 11074 und ISO 31-9. In dieser Norm werden die folgenden Formelzeichen verwendet: m Masse der Prfmenge, in Kilogramm; a Aktivitt je Masseneinheit, in Becquerel je Kilogramm; A Aktivitt des zugefgten Tracers, in Becquerel; tgPr

27、obenzhldauer, in Sekunden; t0Untergrundzhldauer, in Sekunden; rg, rgtGesamtzhlrate je Sekunde des gemessenen Plutoniums bzw. des Tracers; r0, r0tUntergrundzhlrate je Sekunde des gemessenen Plutoniums bzw. des Tracers; R Gesamtausbeute; u(a) Standardunsicherheit in Bezug auf das Messergebnis, in Becq

28、uerel je Kilogramm; U erweiterte Unsicherheit, errechnet nach U = k u(a) mit k = 1, 2, ., in Becquerel je Kilogramm; a* Erkennungsgrenze, in Becquerel je Kilogramm; DIN ISO 18589-4:2010-06 6 a#Nachweisgrenze, in Becquerel je Kilogramm; a, auntere und obere Grenze des Vertrauensintervalls, in Becquer

29、el je Kilogramm. 4 Prinzip Das Plutonium wird als dnne Quelle fr die alphaspektrometrische Messung mit einer Gitterionisationskam-mer oder einem Halbleiterdetektor abgeschieden. Die Quellen werden blicherweise durch elektrolytische Abscheidung oder Mitfllung nach einer chemischen Trennung und Reinig

30、ung der in der Prfmenge enthal-tenen Plutoniumisotope hergestellt 1, 2, 3, 4. Direkte Abscheidungsverfahren, wie beispielsweise das Elektrospray-Verfahren, knnen ebenfalls verwendet werden. Die Anwendung selektiver chemischer Trenn- und Reinigungsverfahren ist ntig, um Strungen durch natrli-che oder

31、 knstliche Alphastrahler, die oft in hheren Mengen als die Plutoniumisotope auftreten knnen, und durch stabile Elemente in der Probe zu vermeiden. Diese Verfahren ermglichen es, die Hauptursachen fr Strungen zu beseitigen, einschlielich den Salzgehalt der Auslauglsungen, insbesondere hydrolysierbare

32、 Elemente, um mglichst dnne Quellen zu erzeugen, weitere Alphateilchen emittierende Radionuklide wie 241Am und Thoriumisotope, deren Emissionen sich mit denen der Plutoniumisotope berlagern knnen. Die Gesamtausbeute jeder Analyse (Ergebnis der chemischen Trennung, Quellenprparation und Messung) wird

33、 ermittelt, indem eine Aktivittsnormallsung von 236Pu oder 242Pu als Tracer hinzugegeben wird. Zu Beginn des radiochemischen Verfahrens muss ein Redoxzyklus durchgefhrt werden, in dem der Tracer und die zu messenden Plutoniumisotope auf dieselbe Oxidationstufe eingestellt werden, um bei allen ein id

34、enti-sches chemisches Verhalten zu erzielen. 5 Chemische Reagenzien und Hilfsmittel Die chemischen Reagenzien und Hilfsmittel werden in Anhang A fr die Probenvorbereitung, in den Anhn-gen B, C und D fr die chemische Behandlung und in den Anhngen E und F fr die Herstellung der Quelle beschrieben. All

35、e fr die Durchfhrung dieses Verfahrens bentigten chemischen Reagenzien mssen von analysereiner Qualitt sein. 6 Verfahren 6.1 Aufschluss des Plutoniums Je nach Ursprung der Bodenprfmenge wird eines der folgenden Verfahren angewendet, um das in der Prfmenge enthaltene Plutonium aufzuschlieen und zu ls

36、en. Plutonium, das auf Bodenpartikeln aus wssrigen Lsungen absorbiert oder durch globalen Fallout direkt abgelagert wurde, kann durch direkte Su-rebehandlung gelst werden. Durch Tiere oder Pflanzen metabolisiertes Plutonium bildet im Erdboden orga-nische Komplexe. Dieses Plutonium wird durch Zerstru

37、ng der organischen Substanz durch Veraschung der Erdproben bei 500 C bis 600 C aufgeschlossen. In einigen Fllen kann das Plutonium bei der Erhitzung sehr bestndige Verbindungen bilden, die eine Behandlung mit Flusssure oder durch Aufschmelzen erfor-dern, um das Plutonium in eine lsliche Form zu brin

38、gen 4. Im Anhang A werden zwei Methoden fr den Aufschluss von Plutonium im Erdboden beschrieben. Der Tracer wird zu Beginn dieses Verfahrensschritts zugefgt. Die Aufschlusszeit ist mglichst lange, normalerweise bis zu einem Tag, zu whlen, damit sich das Redoxgleichgewicht zwischen den Plutonium-isot

39、open einstellen kann. DIN ISO 18589-4:2010-06 7 6.2 Chemische Trennung Fr die chemische Trennung von Plutonium gibt es drei hufig angewendete Techniken: Flssig-flssig-Extraktion, Ionenaustauschchromatografie und Extraktionschromatografie. In den Anhngen B bis D ist ein Verfahren jeder Technik beschr

40、ieben: Flssig-flssig-Extraktion 5, Anionenaustauschchromatografie 6 oder Extraktionschromatografie 7, 8. 6.3 Vorbereitung der zu messenden Quelle Die Quelle kann durch Elektrodeposition auf einer Edelstahlscheibe oder durch Mitfllung hergestellt werden. 6.3.1 Elektrodeposition Die Elektrodeposition

41、wird nach der chemischen Trennung des Plutoniums von anderen strenden Elemen-ten durchgefhrt. Sie ermglicht die elektrochemische Ablagerung der Radionuklide auf der Edelstahlscheibe in einer ultradnnen Schicht 9, 10. Die im Anhang E beschriebene Methode gilt fr die drei in den Anhn-gen B, C und D be

42、schriebenen chemischen Trennverfahren. ANMERKUNG Die Elektrodeposition ist kein selektives Verfahren, da alle Metallkationen, die zur Bildung unlslicher Hydroxide neigen, gleichzeitig mit dem Plutonium abgelagert werden knnen. 6.3.2 Mitfllung Die Mitfllung mit schwerlslichen Fluoriden kann nach der

43、chemischen Trennung des Plutoniums von ande-ren strenden Elementen vorgenommen werden. Sie ermglicht die Ausfllung des Radionuklids bzw. der Radionuklide in Form einer dnnen Schicht auf einem Filter. Die im Anhang F beschriebene Methode kann bei den drei in den Anhngen B bis D beschriebenen chemisch

44、en Trennverfahren angewendet werden. 6.4 Untergrundbestimmung Der radiochemische Untergrund wird mit einer fr das gewhlte Verfahren vorbereiteten Blindprobe bestimmt, wobei mit einer Pu-freien Prfmenge (oder direkt mit destilliertem Wasser) zu beginnen ist. 6.5 Messung Die Aktivitt des Plutoniums je

45、 Masseneinheit wird durch Zhlen der aus der Probenquelle emittierten Alphateilchen ber einen angemessenen Zeitraum ermittelt. Fr die Messung der Proben-, Untergrund- und Kalibrierquelle sollten die gleichen Bedingungen benutzt werden. Die bentigte Messdauer hngt von der Proben- und der Untergrundzhl

46、rate sowie von den geforderten Nachweis- und Erkennungsgrenzen ab. Die Spektren sollten darauf berprft werden, dass eine gute Peaktrennung gegeben ist und keine Strpeaks vorliegen. 7 Angabe der Ergebnisse 7.1 Berechnung der Aktivitt je Masseneinheit Die Aktivitten der in der Probe enthaltenen Pluton

47、iumisotope werden durch Integration der erfassten Impuls-zahlen in den entsprechenden Peaks des Tracers, 238Pu bzw. 239+240Pu im Alphaemissionsspektrum der Probe berechnet. Die Ergebnisse dieser Integrationen, dividiert durch die Zhldauer, ergeben die Gesamt-zhlraten rgtund rgfr den Tracer bzw. fr d

48、ie Plutoniumisotope. rgtund rgwerden entsprechend dem Untergrundbeitrag und ggf. dem Tailingbeitrag der hherenergetischen Peaks, der von den Kenngren des Detektors abhngt, korrigiert. DIN ISO 18589-4:2010-06 8 Untergrundzhlraten werden aus dem Alphaemissionsspektrum einer Blindprobe und Integration

49、der Impulse in dem interessierenden Bereich (ROI), in dem die Peaks des Probenspektrums auftreten, errechnet. Die Er-gebnisse dieser Integrationen, dividiert durch die Zhldauer, ergeben die Untergrundzhlraten r0tund r0fr den Tracer bzw. fr die Plutoniumisotope. ANMERKUNG Die Blindprobe wird durch Anwendung de