Στοιχειακές και Ισοτοπικές Αναλύσεις Ουρανίου σε Υγρά Δείγματα

Abstract

Το Εργαστήριο Πυρηνικής Τεχνολογίας του ΕΜΠ δραστηριοποιείται στις μετρήσεις ουρανίου με εφαρμογή διαφόρων μετρητικών τεχνικών. Προς επέκταση της αναλυτικής δυνατότητας του Εργαστηρίου προσετέθη στο μετρητικό του δυναμικό μια μονάδα Ανάλυσης Κινητικής Φωσφορισμού ΚΡΑ-11, για τον φωσφοριμετρικό προσδιορισμό συγκέντρωσης ουρανίου σε υγρά δείγματα. Η παρούσα ΔΔ αφιερώθηκε στην μελέτη, ανάπτυξη, εφαρμογή και βελτιστοποίηση πρακτικών που θα καθιστούσαν την φωσφοριμετρική διάταξη του Εργαστηρίου μια αξιόπιστη μετρητική τεχνική ανάλυσης υγρών δειγμάτων ουρανίου. Αφού μελετήθηκε το θεωρητικό υπόβαθρο της φωσφοριμετρίας και επήλθε εξοικείωση με τις λειτουργίες της μονάδας ΚΡΑ-11, αναπτύχθηκε μεθοδολογία για την παρασκευή προτύπων βαθμονόμησης ουρανίου, ενώ βελτιστοποιήθηκε το πρωτόκολλο βαθμονόμησης, με συνέπεια την μείωση της συνεισφερόμενης αβεβαιότητας στην τελική μέτρηση σε αποδεκτά επίπεδα. Διενεργήθηκαν μετρήσεις πολυάριθμων διαλυμάτων ουρανίου και περιβαλλοντικών νερών στο πλαίσιο αξιολόγησης της μετρητικής διαδικασίας, ενώ βελτιστοποιήθηκαν τα προτεινόμενα πρωτόκολλα. Αναπτύχθηκαν και εφαρμόστηκαν μέθοδοι χημικής επεξεργασίας για υγρά δείγματα με πιο σύνθετες ή ρυπασμένες μήτρες. Η μεθοδολογία πιστοποιήθηκε μέσω επιτυχούς συμμετοχής στην ραδιοπεριβαλλοντική άσκηση διασύγκρισης ALMERA 2009, ενώ τέθηκε σε εφαρμογή σε βρόχινα νερά από επιβαρυμμένη ραδιολογικά περιοχή στο πλαίσιο ραδιοπεριβαλλοντικής έρευνας του ΕΠΤ. Τα αποτελέσματα συμφωνούσαν με α-φασματοσκοπικές αναλύσεις επιβεβαιώνοντας την αξιοπιστία της μεθόδου, βελτιώνοντας παράλληλα έως και 10 φορές τον χρόνο εκτίμησης του τελικού αποτελέσματος. Αναπτύχθηκε επίσης η μεθοδολογία για τον προσδιορισμό συγκέντρωσης ουρανίου σε δείγματα ούρων με την φωσφοριμετρική διάταξη. Προσαρμόσθηκε μέθοδος χημικής επεξεργασίας και εφαρμόσθηκε σε δείγματα ούρων μελών του προσωπικού του Εργαστηρίου, τα οποία βρέθηκαν να εμπίπτουν στα φυσιολογικά όρια της ICRP. Η μεθοδολογία επεξεργασίας ούρων πιστοποιήθηκε μέσω επιτυχούς ανάλυσης δείγματος της ραδιοτοξικολογικής άσκησης διασύγκρισης PROCORAD 2010. Τέλος, στο πλαίσιο περιορισμού του λειτουργικού κόστους της μονάδας ΚΡΑ-11 διερευνήθηκε η δυνατότητα χρήσης εναλλακτικών υλικών ανάλυσης. Παρασκευάσθηκε διάλυμα συμπλοκοποίησης για την προστασία του φωσφορισμού από απλό φωσφορικό οξύ το οποίο, καίτοι φτωχότερο σε συμπλοκοποιητική ικανότητα από το αντίστοιχο εμπορικό διάλυμα, δεν υστερούσε σε ακρίβεια, ενώ επιμήκυνε σημαντικά την ωφέλιμη διάρκεια μιας βαθμονόμησης.

The Nuclear Engineering Laboratory of the NTUA is involved in uranium analysis by using various measurement techniques. In order to extend the Laboratory’s analytical capabilities, a Kinetic Phosphorescence Analyser KPA-11 was added to the methods employed, to conduct phosphorimetric determination of uranium concentration in liquid samples. The present Thesis describes the study, development, application and optimisation of practices that constituted the phosphorimetric apparatus of the Laboratory a reliable technique for determining uranium concentration in liquid samples. After reviewing the theoretical principles governing phosphorimetry and becoming familiar with the main functions of the KPA-11 unit, the methodology for the production of uranium calibration standards was developed, and the calibration protocol was optimised, leading to reduced contribution of uncertainty in the final measurement result. Numerous measurements of uranium solutions and environmental waters were conducted in order to assess the measurement process, while optimising the recommended measurement protocols. Chemical treatment methods were developed and applied for liquid samples of more complex or polluted matrices. The methodology’s validity was verified by successfully participating in the ALMERA 2009 intercomparison, while its efficacy was tested in an environmental radiation study conducted by the Laboratory in rain water samples collected from a radiologically burdened location. Results were in agreement with a-spectroscopic analyses, verifying the method’s reliability, while reducing by tenfold the time required for obtaining a result. The methodology for determining uranium concentration in urine samples with the phosphorimetric apparatus was also developed. A chemical treatment method was adjusted and applied to urine samples of staff members of the Laboratory, the uranium concentration of which was found within the ICRP limits. The method’s validity was verified by successfully determining the uranium concentration of a urine sample from the PROCORAD 2010 intercomparison. Finally, in order to reduce running costs of the KPA-11 unit, the possibility of using alternative analysis objects was examined. A complexant solution for phosphorescence protection was prepared from phosphoric acid that, despite its poorer complexing capabilities compared to its commercial counterpart, did not lack in accuracy, while it prolonged a calibration’s lifetime significantly.