DE4210832C1

DE4210832C1 - Determn. of tritium content in radioactive sample opt. contg. other radio-nuclides - by holding sample in container permeable only to hydrogen isotope ions, heating and supplying with inert gas

Info

Publication number: DE4210832C1
Application number: DE19924210832
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dipl.-Phys. 5060 Bergisch Gladbach De Runge
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1992-04-01
Filing date: 1992-04-01
Publication date: 1993-07-22
Anticipated expiration: 2012-04-02

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Tritiumgehaltes in flüssigen oder festen Proben, wobei das Tritium aus der Probe durch Erhitzen derselben ausgetrieben und zu Tritiumwasser oxidiert wird, das in einer Szintillationsflüssigkeit gelöst wird, die in einem Szintillationszähler untersucht wird.

Aus der DE-C-39 30 420 und der DE-C-40 29 222 sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, mit deren Hilfe Tritium (das beispielsweise in Leuchtfarben enthalten sein kann, wie sie in früheren Jahren Verwendung fanden) aus radioaktiven, insbesondere nichtmetallischen Abfällen entfernt werden kann. Dies geschieht dadurch, daß die Abfälle über einen längeren Zeitraum hinweg erhitzt werden, wobei das Tritium austritt und in einem die Abfälle durchspülenden Gasstrom fortgeführt wird. Das Tritium wird anschließend zu Tritiumwasser oxidiert und dieses in geeigneter Weise, z. B. in einer Gaswäsche, abgeschieden.

Die DE-C 36 06 316 betrifft die Dekontamination des Abgases des Brennstoffkreislaufs eines Fusionsreaktors von radioaktiven Abgasbestandteilen, insbesondere von Tritium. Das Tritium liegt in dem Abgas in Form von Kohlenwasserstoffen, Wasser und Ammoniak vor. Aus dem Abgas wird das Tritium in Form von Tritiumwasser ausgeschieden.

Die DE-A 33 32 346 betrifft eine Wasserstoff-Permeationswand sowie deren Herstellung und Verwendung. Die Wasserstoff-Permeationswand ist insbesondere für die Ausfilterung von Tritium aus Reaktorgas, speziell Kühlgas eines gasgekühlten Reaktors, geeignet.

Die Erfindung hat die Angabe eines Verfahrens zur Aufgabe, bei dem ein Abscheiden des Tritiums und die genaue Bestimmung seiner Menge auch dann möglich ist, wenn es in Materialien enthalten ist, die darüber hinaus noch mit weiteren Radionukliden belastet sind. Bei einer Anwendung eines bekannten Verfahrens zur Abscheidung des Tritiums mit nachfolgender Messung seiner Radioaktivität bestünde die Gefahr, daß neben dem Tritium auch diese Radionuklide aus den Proben ausgetrieben und in den weiteren Verfahrensgang verschleppt würden, was die schließlich auf herkömmliche Weise, z. B. durch eine Szintillationszählung, gewonnenen Meßergebnisse verfälschen müßte.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt dadurch, daß die tritiumhaltige Probe während der Erhitzung in einer für Wasserstoffisotope durchlässigen, für die Moleküle anderer Elemente jedoch undurchlässigen, innerhalb eines mit einem Inertgas flutbaren ersten Behälters angeordneten, geschlossenen Kapsel enthalten ist. Das ausgetriebene Tritium, das, wie die anderen Wasserstoffisotope auch, stark permeationsfähig ist, diffundiert dank dem zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Kapsel bestehenden Partialdruckgefälle durch die Wand der Kapsel hindurch, während übrigen Radionuklide zurückgehalten werden.

Um dieses Partialdruckgefälle aufrechtzuerhalten und um das Tritium den oben erwähnten weiteren Verfahrensstufen zuzuführen, wird der die Kapsel enthaltende erste Behälter während der Erhitzung ständig mit dem Inertgas gespült. Als hierfür besonders geeignete Gase werden Stickstoff und Argon angegeben.

Um eine Oxidation der Kapsel während der Erhitzung, die womöglich ihre Durchlässigkeit für das Tritium beeinträchtigen könnte auszuschließen, wird vorzugsweise das aus dem ersten Behälter austretende, mit Tritium verunreinigte Inertgas erst in einem zweiten Behälter mit Sauerstoff gemischt und Bedingungen ausgesetzt, die zu einer Reaktion des Tritiums mit dem Sauerstoff führen. Dies kann alternativ dadurch geschehen, daß das Gasgemisch im zweiten Behälter in Kontakt mit erhitztem Kupferoxid gebracht wird oder aber dadurch, daß in dem Gasgemisch in dem zweiten Behälter eine elektrische Entladung herbeigeführt wird. In beiden Fällen wird das Tritium zu Tritiumwasser oxidiert, das wegen der vorherigen Erhitzung als Dampf entsteht.

In weiterer Ausgestaltung wird das aus dem zweiten Behälter austretende, Tritiumwasser enthaltende Gasgemisch in einem dritten Behälter durch eine Szintilla tionsflüssigkeit geperlt, wobei das Tritiumwasser aus dem Gasstrom ausgeschieden und die so entstehende Lösung zugleich in eine für die weitere, meßtechnische Behandlung geeignete Form gebracht wird. Dabei ist darauf zu achten, daß statt weniger großer zahlreiche kleine Gasblasen (d. h. mit großem Oberflächen/Volumen-Verhältnis) gebildet werden. Ferner sollte die verwendete Szintillationsflüssigkeit eine möglichst geringe Viskosität aufweisen, die auch durch die Zumischung von Wasser nicht wesentlich erhöht wird, als besonders geeignet erscheint z. B. die unter der Handelsbezeichnung "Quickszint 400" vertriebene Flüssigkeit auf Toluolbasis, die auf S. 19 des Gesamtkataloges 1988/89 der Fa. Zinsser Analytic in Frankfurt a. M. beschrieben ist.

Die Abscheidung des Tritiumwassers wird begünstigt, wenn in einer weiteren Ausgestaltung der Szintillationsflüssigkeit zuvor aktivitätsfreies Wasser zugemischt worden ist.

In weiterer Ausgestaltung werden die ersten, zweiten und dritten Behälter sowie die sie verbindenden Leitungen zuvor mit aktivitätsfreiem Wasserstoff gespült, um durch vorherige Absättigung der vom tritiumhaltigen Gasstrom bestrichenen Flächen mit Wasserstoff zu verhindern, daß sich an diesen Flächen Tritium anlagert.

Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung besteht erfindungsgemäß aus einer regelbaren Quelle eines Inertgases, einer regelbaren Quelle von aktivitätsfreiem Wasserstoff, einer regelbaren Quelle von aktivitätsfreiem Sauerstoff, einem mit den Quellen für Inertgas und Wasserstoff verbindbaren, zur Aufnahme einer Kapsel für die auf ihren Gehalt an Tritium zu untersuchende Probe geeigneten ersten Behälter, einen mit dem ersten Behälter und der Quelle für Sauerstoff verbindbaren zweiten Behälter, in dem eine Reaktion zwischen Tritium und Sauerstoff herbeigeführt werden kann und mindestens einem mit dem zweiten Behälter verbindbaren, mit einer Szintillationsflüssigkeit füllbaren dritten Behälter.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in der Zeichnung dargestellt.

In einen mit einer Heizung 6 versehenen ersten Behälter 1 wird eine metallische Kapsel 5 eingebracht, die völlig dicht verschweißt ist und eine Probe 4 enthält, die neben Tritium möglicherweise noch weitere radioaktive Elemente enthält. Aus einem mittels Ventil absperrbaren Tank 9 kann der erste Behälter 1 mit einem Inertgas, z. B. Stickstoff oder Argon gefüllt werden, das das durch die Erhitzung aus der Probe 4 ausgetriebene, durch die Wand der Kapsel 5 hindurchdiffundierte Tritium aufnimmt und in einen zweiten Behälter 2 fortführt. Dem zweiten Behälter 2 kann aus einem weiteren, ebenfalls mittels eines Ventils absperrbaren Tank 11 Sauerstoff zugeführt werden. Der zweite Behälter 2 enthält ferner eine Entladungsstrecke 7, durch die das Tritium-Sauerstoff-Gemisch zur Reaktion gebracht werden kann. Das zu Wasserdampf oxidierte Tritium strömt dann zusammen mit dem Inertgas nacheinander durch mehrere (hier vier) dritte Behälter 3, die mit einer Szintillationsflüssigkeit gefüllt sind. Beim Durchperlen des Gases wird das Tritiumwasser zumindest teilweise zurückgehalten; ein Vorgang, der sich in den nachgeschalteten weiteren dritten Behältern 3 wiederholt, bis in dem letzten derselben durch den Nachweis der fehlenden, durch das Tritium bedingten Radioaktivität sichergestellt werden kann, daß eine völlige Abscheidung des Tritiums in den vorhergehenden dritten Behältern 3 erfolgt ist. Diese sind vorzugsweise von den sie verbindenden Leitungen leicht trennbar ausgestaltet, so daß sie unmittelbar einer hier nicht dargestellten, bekannten Einrichtung zur Szintillationszählung zugeführt werden können. Um eine Adsorption des Tritiums an den Wänden der Behälter 1, 2, 3 und der sie verbindenden Leitungen zu verhindern wird empfohlen, vor dem Erhitzen der Probe 4 das ganze System mit aktivitätsfreiem Wasserstoff aus einem weiteren, ebenfalls absperrbaren Tank 10 zu spülen.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung des Tritiumgehaltes in flüssi gen oder festen Proben (4), wobei das Tritium aus einer Probe (4) durch Erhitzen ausgetrieben und zu Tritiumwasser oxidiert wird, welches in einer Flüssigkeit gelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Probe (4) während der Erhitzung in einer für Wasser stoff durchlässigen, für Moleküle anderer Elemente je doch undurchlässigen Kapsel (5) enthalten ist;
b) daß sich die Kapsel (5) innerhalb eines mit Inertgas flutbaren ersten Behälters (1) befindet und
c) daß die Flüssigkeit eine Szintillationsflüssigkeit ist, die in einem Szintillationszähler untersucht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Behälter (1) während der Erhitzung ständig mit dem Inertgas gespült wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem ersten Behälter (1) austretende, mit Tritium verunreinigte Inertgas in einem zweiten Behälter (2) mit Sauerstoff gemischt und Bedingungen ausgesetzt wird, die zu einer Reaktion des Tritiums mit dem Sauerstoff führen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch in dem zweiten Behälter (2) in Kontakt mit erhitztem Kupferoxid gebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gasgemisch in dem zweiten Behälter (2) eine elektrische Entladung herbeigeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem zweiten Behälter (2) austretende, Tritiumwasser enthaltende Gasgemisch in einem dritten Behälter (3) durch eine Szintillationsflüssigkeit geperlt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch nacheinander durch mehrere, eine Szintillationsflüssigkeit enthaltende dritte Behälter (3) geführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Szintillationsflüssigkeit zuvor aktivitätsfreies Wasser zugemischt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten, zweiten und dritten Behälter (1, 2, 3) und die sie verbindenden Leitungen zuvor mit aktivitätsfreiem Wasserstoff gespült werden.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus

a) einer regelbaren Quelle eines Inertgases (9);
b) einer regelbaren Quelle von aktivitätsfreiem Wasserstoff (10);
c) einer regelbaren Quelle von aktivitätsfreiem Sauerstoff
d) einem ersten mit den Quellen für Inertgas (9) und Wasserstoff (10) verbindbaren, zur Aufnahme einer die auf ihren Gehalt an Tritium zu untersuchenden Probe (4) enthaltenden Kapsel (5) geeigneten ersten Behälter (1);
e) einen zweiten, mit dem ersten Behälter (1) und der Quelle für Sauerstoff (11) verbindbaren Behälter (2), in dem eine Reaktion zwischen Tritium und Sauerstoff herbeigeführt werden kann;
f) mindestens einen dritten (3), mit dem zweiten (2) Behälter verbindbaren, mit einer Szintillationsflüssigkeit füllbaren Behälter (3).