DE1908621A1

DE1908621A1 - Method for the investigation of solutions which contain alpha-emitting isotopes

Info

Publication number: DE1908621A1
Application number: DE19691908621
Authority: DE
Inventors: Alter Henry Ward
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-02-26
Filing date: 1969-02-21
Publication date: 1969-09-18
Also published as: US3569703A

Description

Verfahren zur Untersuchung von Lösungen, die alphastrahlende Isotope enthalten.Procedure for the investigation of solutions that are alpha-emitting Contains isotopes.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Konzentrationen eines alpha-strahlenden Bestandteils in einer Lösung.The invention relates to a method for determining the concentrations of an alpha-emitting component in a Solution.

Für die Kernforschung und Kerntechnik sind zahlreiche radioaktive^, Isotope, die durch Aussendung von alpha-Teilchen zerfallen von beträchtlichem Interesse. Moderne Leistungsreaktoren können mit zahlreichen spaltbaren Isotopen im Brennstoff arbeiten. Typische Isotope sind beispielsweise U-233, U-235 und Pu-239. In Brutreaktoren ist Pu-239 wegen seiner außerordentlich hohen Ausbeute von etwa 3 Neutronen pro Pu-239 Spaltung besonders erwünscht. Der Brennstoff für Brutreaktoren besteht deshalb häufig aus Mischungen von Pu-239 und anderen Materialien wie beispielsweise U-235 und U-238.Numerous radioactive ^, Isotopes that decay from the emission of alpha particles considerable interest. Modern power reactors can work with numerous fissile isotopes in the fuel. Typical Isotopes are for example U-233, U-235 and Pu-239. In breeder reactors Pu-239 is particularly desirable because of its extraordinarily high yield of about 3 neutrons per Pu-239 fission. The fuel for breeder reactors therefore often consists of mixtures of Pu-239 and other materials such as U-235 and U-238.

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Häufig wird der fertige, feste Brennstoff aus einer Lösung der verschiedenen Bestandteile ausgefällt. Damit der Brennstoff gleichmäßige und beständige Kerndaten aufweist, ist die beständige Aufrechterhaltung der gewünschten Verhältnisse des Pu-239 und der anderen Bestandteile von höchster Bedeutung. Aus diesem Grunde ist es äußerst wichtig, daß die relativen Verhältnisse der Bestandteile während der Herstellung des Brennstoffes überwacht werden. Der Zerfall des Pu-239 erfolgt ebenso wie der Zerfall von U-235 und U-238 durch Aussendung von alpha-Strahlen. Qtexohl die Halbwert zeit des Pu-239 bereits ziemlich hoch, d.h. 2¹S 3ßO Jahre ist, betragen die Halbwertszeiten des U-235 und U-238 etwa das 30 000 und 200 000 fache hiervon. Die alpha-Strahlwns einer diese Bestandteile enthaltenden Lösung wird deshalb für alle praktischen Zwecke nahezu vollständig durch das Pu-239 hervorgerufen, sofern die Mischung einen merklichen Anteil an Pu-239 enthält. Eine Lösung₃ die diese Isotope und irgendeinen anderen Stoff enthält, der kein messbarer alpha-Strahler ist_s kann deshalb dadurch auf Pu-239 untersucht werden, daß über einen.vorgegebenen Zeitraum hinweg die alpha-Strahlung gemessen wird.Often the finished, solid fuel is precipitated from a solution of the various components. In order for the fuel to have uniform and consistent core data, it is of the utmost importance that the desired proportions of the Pu-239 and the other constituents are maintained at all times. For this reason it is extremely important that the relative proportions of the components be monitored during the manufacture of the fuel. The decay of the Pu-239 takes place just like the decay of U-235 and U-238 by emitting alpha rays. If the half-life of Pu-239 is already quite high, ie 2 ¹ S 30 years, the half-lives of U-235 and U-238 are about 30,000 and 200,000 times this. The alpha radiation of a solution containing these constituents is therefore almost completely caused by the Pu-239 for all practical purposes, provided that the mixture contains a noticeable proportion of Pu-239. A solution ₃ containing this isotope and any other substance that no measurable alpha-emitter is _s can therefore be characterized examined for Pu-239 that away the alpha-radiation is measured over einen.vorgegebenen period.

Es wurde gefunden, das Pu-238 auf ähnliche Weise,beispielsweise in verschiedenen Glühelektronen-Energiequellen brauchbar ist. Da Pu-238 ein alpha-Strahler ist₃ kann die Menge des Pu-238 in einer Matrix, die kein alpha-Strahler ist dadurch gemessen werden, daß die alpha-Strahlung der Mischung gemessen wird.It has been found that Pu-238 is useful in a similar manner, for example in various glow electron energy sources. Since Pu-238 is an alpha emitter ₃ , the amount of Pu-238 in a matrix that is not an alpha emitter can be measured by measuring the alpha radiation of the mixture.

Für zahlreiche Radioisotope von denen wiederum sehr viele durch Aussendung von alpha-Teilchen zerfallen, sind medizinische Anwendungen gefunden worden. Im allgemeinen wird das Radioisotop dabei in sehr geringen Konzentrationen mit einem inerten Trägerstoff vermischt. Offensichtlich ist es hierfür von großer Bedeutung, daß die Konzentration des Radioisotops bekannt ist und bei der Herstellung dieser Materialien beständig reguliert wird.There are medical applications for numerous radioisotopes, many of which in turn decay due to the emission of alpha particles found. In general, the radioisotope is mixed with an inert carrier in very low concentrations mixed. Obviously it is of great importance for this that the concentration of the radioisotope is known and is constantly regulated in the manufacture of these materials.

Zur Messung der alpha-Aktivität in diesen Materialien sind bisher verschiedene Verfahren zur Anwendung gekommen.To measure the alpha activity in these materials are so far different procedures have been used.

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Beispielsweise wurden verschiedenartige elektronische Geräte zur Feststellung und Messung der alpha-Strahlung verwendet. Eine derartip-e Apparatur Ist teuer, nimmt viel Platz ein, verlangt Iw allp-erneinen ein ausgebildetes Bedienungspersonal und weist häufip- eine geringe Empfindlichkeit auf. Im allgemeinen ist eine radiochemisehe Vorbereitung der Proben erforderlich. Zur Feststellung der alpha-Strahlung wiiii-den. auch photographische Filme verxvendet.- da die lichtempfindliche Emulsion des Films die Spuren der alpha-Teilchen aufzeichnet. Ein derartiger Film muß jedoch in lichtundurchlässigen Behältern verpackt sein und unter Verwendung photographischer Bunkelkammerverfahren bearbeitet werden. Photographische Filme sind deshalb sowohl unpraktisch wie auch verhältnismäßig teuer in der Anwendung.For example, there have been various types of electronic devices used to determine and measure alpha radiation. Such an apparatus is expensive, takes up a lot of space, demands Iw allp-ren a trained operator and instructs Frequently low sensitivity. Generally one is Radiochemical preparation of the samples required. To determine the alpha radiation wiiii-den. also photographic films used.- As the photosensitive emulsion of the film the traces which records alpha particles. Such a film must, however Packaged in opaque containers and processed using photographic darkroom techniques. Photographic films are therefore both impractical and relatively expensive to use.

Es besteht deshalb immer noch ein Bedürfnis nach einem einfachen und blllip-en, jedoch empfindlichen Verfahren zur Messung der alpha Strahlung In chemischen Lösungen.There is therefore still a need for a simple and blllip-en but sensitive method for measuring the alpha Radiation in chemical solutions.

Die obengenannten Aufgaben werden neben anderen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Blatt aus einem die Spuren aufzeichnenden Material für eine bestimmte 'Zeitdauer einer Lösung ausgesetzt wird, die einen alpha-strafolsiiden Bestandteil enthält, wobei durch das Eindrinp-en der alpha-Tel leihen In und/oder durch das Material hindurch Schädierungsspuren hervorgerufen werden, die anschließend mit einem geeignetem Reagens durch Ätzung sichtbar gemacht werden. Die Anzahl der Spuren auf einer bestimmten Fläche zeigt direkt die Menp-e des alpha-stralilenden Materials in der Lösung an.The above objects, among others, are according to the invention solved in that a sheet of a recording the tracks Material exposed to a solution for a certain period of time which contains an alpha-strafolsiiden component, whereby by the penetration of the alpha-Tel borrow in and / or through the material traces of damage are caused through it, which subsequently can be made visible by etching with a suitable reagent. Shows the number of tracks on a given area directly the amount of alpha-streaming material in the solution.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher beschrieben in der:The invention is described in more detail with reference to the drawing in:

FIp:. 1 einen schematischen Arbeitsplan eines bevorzugten Verfahrens zur Untersuchung einer Losung auf die In ihr anwesende konzentration eines alpha-Strahlers undFIp :. 1 shows a schematic work plan of a preferred process to examine a solution for the concentration of an alpha emitter and

Fif. 2 eine einfache Vorrichtung zeigt, die zur Ausführung des in FIp-. 1 gezeirten Verfahrens besonders brauchbar ist.Fif. Figure 2 shows a simple device used to carry out the in FIp-. 1 shown method is particularly useful.

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In den die Spuren aufzeichnenden Blättern kann Jedes geeignete Material Verwendung finden, Typische Materialien hierfür sind kristalline Feststoffe, wie beispielsweise Glimmer oder ein nichtkristallines Material wie beispielsweise anorganisches Glas .oder ein organisches Polymeres. Wird das Material der Bestrahlung mit geladenen Teilchen unterworfen, dann entstehen sehr kleine Schädigungs-"^!Spuren'^v" in dem Material durch örtliche Veränderung der Materialstruktur entlang den Teilchenbahnen. Die Schädigungsspuren können vergrößert und durch Anwendung eines Reagenses, das vorzugsweise das veränderte Material und zwar mit einer größeren Geschwindigkeit als das nicht veränderte Material neben der Spur angreift, sichtbar gemacht werden.Any suitable material can be used in the sheets recording the tracks. Typical materials for this are crystalline solids such as mica or a non-crystalline material such as inorganic glass or an organic polymer. If the material is subjected to the irradiation with charged particles, then very small damage " ^! Traces' ^v " arise in the material due to local changes in the material structure along the particle trajectories. The traces of damage can be enlarged and made visible by using a reagent which preferably attacks the changed material and that at a greater speed than the unchanged material next to the track.

Bestimmte, die Spuren aufzeichnende Materialien, wie beispielsweise Cellulose-Polymere, einschließlich des Cellulosenitrates, Celluloseacetates und des Celluloseacetat-butyrates zeichnen die Schädigungsspuren auf, wenn sie alpha-Strahlung, jedoch nicht wenn sie einer beta- und gamma-Strahlung ausgesetzt werden« Vorzugsweise findet Cellulosenitrat Verwendung, da es ausgezeichnete Spuren ergibt, billig und leicht erhältlich ist«,Certain materials that record the tracks, such as Cellulose polymers, including cellulose nitrate, Cellulose acetate and cellulose acetate butyrate line that Traces of damage appear when they have alpha radiation, however, not if they are exposed to beta and gamma radiation « Cellulose nitrate is preferred because it gives excellent traces, is cheap and easily available «,

Irgendwelche alpha-Spuren,,die vor der absichtlichen Bestrahlung in dem Material I nfolge derFLuft normalerweise vorhandenen Umweltstrahlung möglicherweise hervorgerufen worden sind, können durch Erhitzen des die Spuren aufzeichnenden Blattes auf den Erweichungspunkt ausgelöscht und damit die latenten Spuren beseitigt werden. Wahlweise kann ein neuer Film aus einem Lösungsmittel gegossen werden. Im allgemeinen sind jedoch die durch Hintergrundstrahlung hervorgerufenen Spuren gering, im Vergleich zu denjenigen, die durch Aussetzung gegen die Lösung erhalten werden^daß ein Wegfall dieser vorbereitenden Stufe, in die Messung keine merklichen Ungenaulgkeiten einführt.Any alpha-tracks ,, the nfolge before the deliberate irradiation in the material I derFLuft normally present environmental radiation may have been caused, the track recording sheet can be erased by heating to the softening point, and thus the latent tracks are eliminated. Optionally, a new film can be cast from a solvent. In general, however, the traces caused by background radiation are small compared to those obtained by exposure to the solution, so that the omission of this preparatory step does not introduce any noticeable inaccuracies in the measurement.

Zur Vergrößerung der Schädigungsspuren auf eine zur Zählung geeignete Größe kann jedes geeignete Ätzmittel verwendet werden. Typische Ätzmittel sind beispielsweise Natriumhydroxids Kalium-To enlarge the traces of damage to one suitable for counting Any suitable etchant can be used. Typical etchants are, for example, sodium hydroxide potassium

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hydroxid, Ammoniumhydroxid, Natriumkarbonat und ihre Mischungen. Die besten Ergebnisse werden mit etwa 6 η Natriumhydroxid erhalten. hydroxide, ammonium hydroxide, sodium carbonate and their mixtures. The best results are obtained with about 6 η sodium hydroxide.

Das Blatt kann mit der Ätzlösung geeignet lang behandelt werden. Ist die Behandlungszeit zu kurz, dann sind die Spuren schwer erkennbar, während eine zu lange Behandlungszeit dazu führt, daß die Lösung das Blatt selbst zu sehr angreift. Die Temperatur der Behandlungslösung ist für die Geschwindigkeit der Ätzung von ausschlaggebender Bedeutung. Ein mit 6 η Natriumhydroxid behandeltes, spurenaufzeichnendes Blatt aus Cellulosenitrat ergibt beispielsweis^^wa 35 Min. (4O⁰C) die besten Ergebnisse. Bei Raumtemperatur können zur Erzielung ähnlicher Ergebnisse mehrere Stunden erforderlich sein.The sheet can be treated with the etching solution for a suitable length of time. If the treatment time is too short, the traces are difficult to see, while too long a treatment time causes the solution to attack the sheet itself too much. The temperature of the treatment solution is of decisive importance for the speed of the etching. A 6-η sodium hydroxide-treated spurenaufzeichnendes sheet of cellulose nitrate example ble is ^^ wa 35 min. (4O ⁰ C) gave the best results. Similar results may take several hours at room temperature.

Das spurenaufzeichnende Material muß sehr nahe bei der Quelle der alpha-Strahlung angebracht werden, da die Reichweite der alpha-Teilchen in Luft und in verschiedenen Flüssigkeiten sehr gering ist. Beispielsweise haben die durch Pu-239 ausgesandten alpha-Teilchen eine Energie von etwa 5.15 MeV und in Wasser eine Reichweite von etwa 4 χ 10~ cm.The recording material must be placed very close to the source of the alpha radiation, since the range of the alpha particles in air and in various liquids very much is low. For example, the alpha particles emitted by Pu-239 have an energy of about 5.15 MeV and in water a range of about 4 χ 10 ~ cm.

Obwohl, das spurenaufzeichnende Material direkt in die zu untersuchende Lösung eingetaucht werden kann, ist dies im allgemeinen unzweckmäßig. Beim Herausnehmen des Materials kann von dem alphastrahlenden Bestandteil etwas auf dem Material haften bleiben. Auch wenn das Material sorgfältig abgewaschen wird, kann eine gewisse Verunreinigung zurückbleiben. Dadurch können nach Beendigung der vorgesehenen Bestrahlungszeit alpha-Spuren hervorgerufen werden und zu einer ungenauen Messung führen. Die Verunreinigungen können außerdem für das Bedienungspersonal äußerst gefährlich sein. Das Material muß deshalb während der Ätzung und des Zählens sorgfältig behandelt werden.Although, the trace-recording material directly into the under investigation Solution can be immersed, this is generally inconvenient. When removing the material, the alpha emitting Part of something stick to the material. Even if the material is carefully washed off, a some pollution remain. This allows after termination alpha traces are produced during the planned irradiation time and lead to an inaccurate measurement. The impurities can also be extremely dangerous for operating personnel. The material must therefore be used during the etching and counting should be handled with care.

Es ist deshalb unbedingt zweckmäßig, daß das spurenaufzeichnende Material während der Bestrahlung von der Lösung zwar getrennt, ,jedoch in ihrer unmittelbaren Nähe angebracht wird.It is therefore absolutely advisable that the trace-recording material is separated from the solution during the irradiation, , but is attached in their immediate vicinity.

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Pig. 1 zeigt einen schematisehen Arbeitsplan eines besonders bevorzugten, erfindungsgemäßen Untersuchungsverfahrens.Pig. 1 shows a schematic work plan of a particularly preferred, investigation method according to the invention.

Zuerst wird ein Blatt des spurenaufzeichnenden Materials, wie es oben beschrieben wurde, vorbereitet, angedeutet durch Block 10. Das Blatt kann jede gewünschte Stärke aufweisen. Ist das Blatt sehr dünn, d.h., dünner als etwa 20 ,um Stärke, dann gehen nahezu alle alpha-Teilchen die auf das Blatt auftreffen hindurch, da die mittlere Reichweite der alpha-Teilchen in diesen Materialien etwa 40 ,um beträgt. Eine Auszählung der öffnungen auf einer Seite ergibt deshalb praktisch vollständig die Gesamtzahl der alplsa-Teilcherij welche das Blatt auf beiden' Seiten treffen. Weist dagegen das Blatt eine Stärke von mehr als etwa 50 ,um auf, dann dringt praktisch kein alpha-Teilchen vollständig durch das Blatt hindurch, Zur leichteren Handhabung sollte das Blatt eine Stärke in; der Größenordnung; von O₃25 cm (0,1 inch) aufweisen. In diesem Fall ergibt die Auszählung der Spurenöffnungen auf einer Seite des Blattes nur die Anzahl der alpha-Teilehen welche diese Seite des Blattes getroffen haben.First, a sheet of the tracking material as described above is prepared, indicated by block 10. The sheet can be of any desired thickness. If the sheet is very thin, ie, thinner than about 20 .mu.m thick, then almost all of the alpha particles that hit the sheet will pass through, since the mean range of the alpha particles in these materials is about 40 .mu.m. A counting of the openings on one side therefore gives almost completely the total number of alplsa particles which hit the sheet on both sides. If, on the other hand, the sheet has a thickness of more than about 50 μm, then practically no alpha particle penetrates completely through the sheet. For easier handling, the sheet should have a thickness of; the order of magnitude; of O _{3 are} 25 cm (0.1 inch). In this case, counting the track openings on one side of the sheet only gives the number of alpha parts that hit this side of the sheet.

In diesem besonders bevorzugten Verfahren wird eine Tasche, wie sie in Pig. 2 gezeigt ist₃ aus einem sehr dünnen, für die Lösung undurchdringbaren Material verwendet, beispielsweise aus Polyäthylen. Die Tasche weist vorzugsweise eine Wandstärke von etwa 10 ,um auf. Ein Gewicht 101 wird auf den Boden der Tasche gelegt und anschließend wird das Blatt aus spurenaufzeichnendem Material 102 in die Tasche eingegeben, wie es durch Block 11 der Fig·» I angedeutet ist. Diese Anordnung wird anschließend in die zu untersuchende Lösung eingetaucht, wie es durch Block 12 angedeutet ist. Das Gewicht hat zur Folge ₃ daß die Tasche eine vertikale Stellung einnimmt, so daß die Lösung die Luft aus der Tasche verdrängt und die Taschenwände sich eng um die Folie aus spurenaufzeichnendem Material herum anlegen. Die Tasche wird für die vorgesehene Zeitdauer an ihrer Stelle belassen und anschließend, wie es durch Block 13 angedeutet ist, aus der Lösung entfernt.In this particularly preferred method, a bag such as that described in Pig. 2 is shown ₃ made of a very thin, for the solution impenetrable material, for example polyethylene. The pocket preferably has a wall thickness of approximately 10 μm. A weight 101 is placed on the bottom of the bag and then the sheet of trace recording material 102 is placed in the bag as indicated by block 11 of FIG. This arrangement is then immersed in the solution to be examined, as indicated by block 12. The weight has the effect that the bag ₃ takes up a vertical position so that the solution displaces the air from the bag and the bag walls to create around the sheet of material around spurenaufzeichnendem narrow. The pocket is left in place for the intended period of time and then, as indicated by block 13, removed from the solution.

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Das Blatt wlrd_s angedeutet durch Block 14 herausgenommen und die Tasche entfernt. Das Blatt weist keinerlei Verunreinigung auf. Ist das Blatt einmal aus der Tasche herausgenommen, dann tritt kein Problem mehr auf was die Bestrahlung durch Rückstände anbelangt .The sheet wlrd _s indicated taken out by block 14 and the bag removed. The sheet has no contamination whatsoever. Once the sheet has been taken out of the pocket, there is no longer any problem with irradiation caused by residues.

Anschließend wird das Blatt geätzt und mit Wasser abgespült,- wie es schematised durch 15 und 16 angedeutet Ist - und die Anzahl der Spuren pro Flächeneinheit gezählt. wie. es durch Block 17 sehematisch dargestellt Ist. Dies ergibt die Konzentration des anwesenden alpha-straiilenden Materials, ausgehend von vorher mit bekannten Lösungen öarebseführten auantltatlven Vergleichsversuchen und eine qualitative Kenntnis der in der untersuchten Lösung vorhandenen Bestandteile.Then the sheet is etched and rinsed with water, - like it is schematatised indicated by 15 and 16 - and the number of Traces counted per unit area. how. it through block 17 sehematic is shown. This gives the concentration of the alpha-radiating material present, based on what was previously known Solutions resulted from comparison tests and a qualitative knowledge of what is present in the solution under study Components.

Es können gegebenenfalls auch andere Verfahren zur Bestrahlung des spurenaufzelennenden Blattes mit alpha-Strahlung aus einer zu untersuchenden Losung Anwendung finden. Meist beispielsweise das die Lösung ersttialfcende Gefäß eine dünne Wandstärke auf, dann kann das spurenaufzelchnenöe Blatt während der vorgesehenen Bestrahlungszeit sehr nahe an die äußere Wandfläche gehalten werden.Other methods of irradiation can optionally also be used of the tracing sheet with alpha radiation from a the solution to be investigated is used. Mostly for example the vessel initially filling the solution has a thin wall thickness, then can trace the sheet during the intended exposure time be kept very close to the outer wall surface.

Im allFemeinen führt die Analyse einer Losung dann zu den genauesten Ergebnissen, wenn nur eine alpha-strahlende Substanz anwesend Ist, oder wennFaem aktivsten alpha-Strahler und anderen anwesenden alnha-Strahlern eine Differenz der alpha-Aktivität von mindestens etwa 10 besteht. Sind zwei alpha-Strahler anwesend, dann kann die fen^e desjenigen., der die alpha-Tellchen höherer Energie erzeupt, dadurch gemessen werden» daß das spurenätzbare ^pl 8tt mit einem f?ilm abpedeckt wird. der eine ausreichende Stärke aufweist um die alr>ha-Teilchen niedrigerer Energie der zweiten strahlenden Substanz abzuhalten, während die alpha-Teilchen höherer zum spurenaufzeichnenden Blatt hindurchdringen können.In general, the analysis of a solution leads to the most precise results if only one alpha-emitting substance is present, or if there is a difference in alpha activity of at least about 10 between the most active alpha emitters and other alnha emitters present. Are two alpha emitters are present, then the fen ^ e may of that., The alpha-erzeupt Tellchen higher energy, are measured by "that the spurenätzbare ^p l 8TT with a f ilm abpedeckt?. which has sufficient strength to keep the alr> ha-particles of lower energy of the second radiating substance, while the alpha-particles of higher can penetrate to the tracing sheet.

Die durch einen vorgegebenen alpha-.Strahler In einer vorgegebenen erzeugte und zu erwartende Anzahl von Spuren kann unterThe through a given alpha. Emitter In a given generated and expected number of tracks can be under

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Verwendung folgender Gleichung annähernd berechnet werden:Can be approximated using the following equation:

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worin T = Spuren/cm «min.: P = alpha · d/cm · min und D₀ ist gleich dem empfindlichen alpha-Bereich in dem Blatt in cm. Beispielsweise können die durch eine wässrige Lösung von Pu-239 hervorgerufenen Spuren auf folgende Weise ermittelt werden: Der empfindliche Bereich der alpha-Teilchen in Cellulosenitrat beträgt etwa 20 ,um oder etwa 2 χ 10~^ cm. Bei etwa 1 g pro Literwhere T = tracks / cm «min: P = alpha • d / cm • min and D ₀ is equal to the sensitive alpha area in the sheet in cm. For example, the traces caused by an aqueous solution of Pu-239 can be determined in the following way: The sensitive area of the alpha particles in cellulose nitrate is about 20 μm or about 2 × 10 -4 cm. At around 1 g per liter

8 beträgt die alpha-Aktivität des Pu-239 etwa 1.4 · 10 Spaltungen/ cm · min.8 the alpha activity of Pu-239 is about 1.4 · 10 splits / cm · min.

Es folgt:It follows:

_m _ (1,4 *· io⁸ d/cm³ · min · g/l) (2 · ίο""³™) _m _ (1.4 * io ⁸ d / cm ³ min g / l) (2 ίο "" ³ ™)

0.7 » 10⁵ / cm² 9 min · g/l0.7 »10 ⁵ / cm ² 9 min · g / l

Dieser Paktor kann anschließend dazu verwendet werden, die Konzentration des P -239 in einer anderen Lösung lediglich dadurch zu erhalten, daß ein spurenaufzeichnendes Blatt über einen gegebenen Zeitraum hinweg einer Lösung ausgesetzt und die Anzahl der erhaltenen Spuren in einer vorgegebenen Fläche ausgezählt wird.This factor can then be used to increase the concentration of the P-239 in another solution simply by placing a tracing sheet over a given Period of time exposed to a solution and the number of traces obtained is counted in a given area.

Wird das spurenaufzeichnende Blatt von der Lösung durch einen Film getrennt, tfie es in dem oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Fall ist, dann werden einige alpha-Teilchen in dem Film aufgehalten und erreichen nicht das spurenaufzeichnende Blatt. In diesem Fall, kann es vorzuziehen sein, die Blätter für gewisse Standard-Zeiten einer Mehrzahl bekannter Lösungen verschiedener Konzentrationen auszusetzen und die erhaltenen Spuren gegen die Konzentration graphisch aufzutragen. Unbekannte Lösungen des gleichen alpha-Strahlers können dann dadurch untersucht werden, daß ein spurenaufzeichnendes Blatt über die Standard-Zeit hinwegIf the recording sheet is separated from the solution by a film, this is the case in the preferred embodiment described above If so, then some alpha particles will be caught in the film and will not reach the recording level Sheet. In this case, it may be preferable to use the sheets for certain standard times of a variety of known solutions different Suspend concentrations and plot the traces obtained against the concentration graphically. Unknown solutions of the same alpha emitter can then be examined by that a tracing sheet beyond the standard time

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bestrahlt und anschließend die Konzentration aus der Kurve entnommen wird.irradiated and then the concentration is taken from the curve will.

Die folgenden Beispiele enthalten einige bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens. Soweit etwas anderes nicht ausdrücklich festgestellt ist, beziehen sieh alle Teile und Prozentsätze auf das Gewicht.The following examples contain some preferred exemplary embodiments of the method according to the invention. As far as something else is not expressly stated, refer to all parts and percentages by weight.

Beis piel I

Es wurden sechs Pu-239 haltige wässrige Lösungen hergestellt, die " das Pu-239 in folgenden Konzentrationen enthielten: a) I g/l;Six aqueous solutions containing Pu-239 were prepared which " contained the Pu-239 in the following concentrations: a) 1 g / l;

b) O₉I K/l·- c) 0,01 g/l; d) 0,001 g/l: e) 0,0001g/l; f) O.OOOÖlg/1.b) O ₉ IC / l · - c) 0.01 g / l; d) 0.001 g / l: e) 0.0001g / l; f) O.OOOÖlg / 1.

Anschließend wurden sechs Blätter spurenaufzeichnenden Materials aus Cellulosenitrat hergestellt. Jedes Blatt wies etwa 2,5 mal 5 cm (1 inch by 2 inches)und eine Stärke von etwa 0.25 cm (0,1 inch) auf. Einige Bleikugeln wurden in jede der sechs Polyaäthylen-Taschen eingegeben, die eine mittlere Wandstärke von etwa 10 .um aufwiesen. In Jede Tasche wurde ein spurenaufzeichnendes Blatt eingegeben und in jede der oben beschriebenen Lösungen eine dieser Anordnungen eingetaucht. Die Lösungen verdrängen die Luft aus den Taschen und pressen die Taschen eng gegen die Blätter. Die Öffnung i jeder Tasche wurde über der Flüssigkeitsoberflache gehalten, so daß keine Lösung mit den Blättern in Berührung kam. Die Blätter blieben in den Lösungen etwa 16 Stunden lang eingetaucht. Anschließend wurden die Taschen aus den Lösungen genommen, die Blätter herausgenommen und die Taschen entfernt.Six sheets of tracking material were then made from cellulose nitrate. Each sheet was about 2.5 by 5 cm (1 inch by 2 inches) and a thickness of about 0.25 cm (0.1 inch) on. Some lead bullets were in each of the six polyethylene bags entered, which has a mean wall thickness of about 10 .mu.m exhibited. A tracing sheet was placed in each pocket and one of these was placed in each of the solutions described above Immersed arrangements. The solutions force the air out of the pockets and press the pockets tightly against the leaves. The opening i each pocket was held above the liquid surface so that no solution came into contact with the leaves. The leaves remained immersed in the solutions for about 16 hours. Afterward the bags were removed from the solutions, the sheets removed, and the bags removed.

Die Blätter die proportional zur Konzentration des alpha-strahlenden Pu-239 in jeder Lösung Schädigungsspuren aufweisen, können jederzeit "entwickelt" werden. Sie sind gegenüber beta- oder gamma-Strahlung bzw. Licht nicht empfindlich und werden nicht leicht beschädigt. Die Schädigungsspuren sind zu diesem Zeitpunkt unter einem optischen Mikroskop nicht sichtbar, obwohl sie mit Hilfe eines Elektronenmikroskopes festgestellt werden können.The leaves are proportional to the concentration of the alpha-emitting Pu-239 show traces of damage in every solution, can be "developed" at any time. They are beta or opposite gamma radiation or light are not sensitive and are not easily damaged. The traces of damage are at this point not visible under an optical microscope, although they can be seen with the aid of an electron microscope.

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Die Entwicklung der Blätter geschieht dadurch, daß diese in eine 6 η Natriumhydroxidlösung etwa 35 Min. lang bei etwa 4o°C eingetaucht werden. Anschließend werden die Blätter mit Wasser abgespült, um den Ätzungsvorgang abzubrechen. Die nunmehr vergrößerten Schädigungsspuren sind jetzt leicht mit Hilfe eines optischen Mikroskopes mit einer 300fachen Vergrößerung sichtbar.The leaves develop by immersing them in a 6 η sodium hydroxide solution for about 35 minutes at about 40 ° C will. The leaves are then rinsed with water to stop the etching process. The now enlarged Traces of damage are now easily visible with the help of an optical microscope with a 300x magnification.

Die Anzahl der Spuren in einer Fläche von etwa 0,05 mm wird ausgezählt. Obwohl die Spuren über die Blattoberfläche ziemlich gleichmäßig verteilt sind, können verschiedene Flächen ausgegossen werden um einen genaueren Mittelwert zu erhalten.The number of tracks in an area of about 0.05 mm is counted. Although the traces are fairly evenly distributed over the surface of the leaf, different areas can be poured out to get a more accurate mean.

ρ
Die in jeder 0,05 mm großen Fläche gefundene ungefähre Anzahl Spuren betrug: a) etwa 34000; b) etwa 3^00; c) etwa 3¹K); d) etwa 3*J; und e) etwa 3. Die Auftragung dieser Werte auf Koordinaten der Pu-239-Konzentration gegen die Anzahl der Spuren ergibt eine Gerade. Die Wiederholung der Bestrahlungs- und Entwicklungsstufen mit einer Pu-239 Lösung unbekannter Konzentration ergibt eine Anzahl Spuren _s die gegen die oben ausgeführte Kurve aufgetragen werden können und die Pu-239 Konzentration ergeben. ρ
The approximate number of tracks found in each 0.05 mm area was: a) about 34,000; b) about 3 ^ 00; c) about 3 ¹ K); d) about 3 * J; and e) about 3. Plotting these values on coordinates of the Pu-239 concentration versus the number of tracks gives a straight line. The repetition of the irradiation and development steps with a Pu-239 solution of unknown concentration gives a number of traces _s which can be plotted against the curve given above and give the Pu-239 concentration.

Wie aus diesen Ergebnissen zu entnehmen ist, können mit Hilfe dieses Verfahrens sehr kleine Konzentrationen von alpha-Sfcrahlern genau gemessen werden. Das Verfahren wird auch durch die Anwesenheit größerer Mengen von gamma- oder beta-Strahlern in der Lösung nicht nachteilig beeinflußt. Werden eine große Anzahl Spuren erhalten, wie bei der obigen Lösung a) ₃ dann ist eine Wiederholung der Messung mit einer kürzeren Bestrahlungszelt vorzuziehen, so daß die Anzahl der Spuren leichter und genauer ausgezählt werden kann. Werden umgekehrt sehr wenige Spuren erzeugt, dann kann die Bestrahlungszeit gemessen werden.As can be seen from these results, very small concentrations of alpha emitters can be measured precisely with the aid of this method. The process is not adversely affected by the presence of large amounts of gamma or beta emitters in the solution. If a large number of tracks are obtained, as in the above solution a) _3, it is preferable to repeat the measurement with a shorter irradiation tent so that the number of tracks can be counted more easily and more accurately. Conversely, if very few traces are generated, the irradiation time can be measured.

Example II .

Konzentriertere Lösungen von alpha-Strahlern als die in Beispiel I beschriebenen, können unter Anwendung kürzerer BestrahlungszeltenMore concentrated solutions of alpha emitters than those in Example I. can using shorter radiation tents

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- ii -- ii -

gemessen werden. Es wurden drei Pu-239 haltige wässrige Lösungen der folgenden Pu-239 Konzentrationen hergestellt: a) 1 g/l: b) 10 k/1 und c) 100 g/l.be measured. There were three Pu-239-containing aqueous solutions of the following Pu-239 concentrations: a) 1 g / l: b) 10 k / 1 and c) 100 g / l.

Eine dünne Polyäthylentasche wurde auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise hergestellt. In jede Tasche wurde ein 2_, 5 mal 5 cm großes Stück eines spurenaufzeichnenden Materials aus 0.05 cm (0.02 inch) starkem Celluloseacetat eingegeben.A thin polyethylene bag was placed on top of that described in Example 1 Way made. A 2.5 by 5 cm piece of a trace-recording material from 0.05 cm (0.02 inch) thick cellulose acetate.

Die Taschen wurden etwa 1 Min. lang in die Lösungen eingetaucht und anschließend dai^aus entfernt. Die Blätter wurden herausgenommen und die Taschen weggeworfen. Durch Eintauchen in eine 5 η KaliumkarbonatlösiiiiK bei KaumtemperaturVeine Zeit von 5 Stunden wurden die Blätter anschließend "entwickelt*·.The bags were immersed in the solutions for about 1 minute and then removed from it. The sheets were taken out and thrown away the bags. By immersing in a 5 η Potassium carbonate solution at barely any temperature for a period of 5 hours the leaves were then "developed * ·.

Unter einem Mikroskop mit einer 400-fachen Verstärkung waren die geätzten Spuren leicht erkennbar. Obwohl die Spuren nicht so scharf ausgebildet waren wie in Beispiel l_fkonnten sie leicht ausgezählt werden« BIe Anzahl der auf einer Seite jedes BlattesThe etched traces were easily seen under a microscope with a magnification of 400 times. Although the tracks were not formed so sharp as in Example l _f they could be easily counted "bie number of on one side of each sheet

2
auf einer Fläche von etwa 0,05 mm erkennbaren Spuren war wie folgt: a) etwa 35 Spuren: hj etwa 350 Spuren und c) etwa 3500 Spuren.2
tracks recognizable on an area of about 0.05 mm were as follows: a) about 35 tracks: hj about 350 tracks and c) about 3500 tracks.

Auf diese Weise ist eine direkte Beziehung: zwischen der Konzentration des Pu-239 und der Spurenzahl pro Flächeneinheit erkennbar. Da die Lösungen a) in beiden Beispielen I und II identisch waren ist zu sehen, daß durch Herabsetzung der Bestrahlungszeit von 16 Stunden auf eine Pinute die' 1 g/1-Lösung etwa 35 leicht zählbare Spuren anstelle der etwa 3²^ 000 im Mikroskop schwer zählbaren Spuren ergibt.In this way a direct relationship can be seen: between the concentration of Pu-239 and the number of tracks per unit area. Since the solutions a) in both Examples I and II were identical, it is seen that by reducing the exposure time of 16 hours to a Pinute the '1 g / 1 solution instead of about 35 easily quantifiable traces of approximately 3 ² ^ 000 in the microscope results in difficult-to-count traces.

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Claims

- 12 PATENT CLAIMS

(IJ method for measuring the concentration of an alpha-emitting component in a solution, characterized in that a trace-recording material is placed in the immediate vicinity of this solution and within the passage area of the alpha-particles in the solution and the material is thereby in the solution emitted alpha particles is exposed to the fact that the material is practically insensitive to light, beta and gamma radiation and has the property _{3 to form} traces of damage along the paths traversed by the alpha particles in the material Reagent is etched, which selectively attacks and enlarges the traces of damage and thus the traces can be made sufficiently visible and counted.

2. The method according to claim 1, characterized in that that this material is attached in the immediate vicinity of this solution that it is in a for the solution impenetrable film is included, which is practically transparent to the alpha radiation and that this enveloped Material is immersed in this solution.

3. The method according to claim 2, characterized in that that this film is in the form of a pocket, the open upper end of which protrudes above the surface of the solution and thereby the air can be displaced by the solution from the pocket, whereby the pocket tightly against this material is pressed.

4. The method according to claim 1, characterized in that that this material contains cellulose nitrate »

5. The method according to claim 4, characterized in that this material is in the form of a sheet, which has a thickness of at least about 50 μm,

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6. The method according to claim 1, characterized in that this material is etched in a solution containing sodium hydroxide.

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