ODDONE, MASSIMO

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Archivio Istituzionale della Ricerca - Università degli Studi di Pavia

        RAPPORTO UNIPAV/DIPCHIM 92/2 PER IL CISE, via Reggio Emilia,34 20134 SEGRATE (MILANO)               ANALISI CHIMICHE MEDIANTE ATTIVAZIONE NEUTRONICA SU MATERIALE PROVENIENTE DALLA CENTRALE ELETTRONUCLEARE "ENRICO FERMI" DI TRINO VERCELLESE (VC).   dott. Massimo ODDONE            Gennaio 1992      ANALISI PER ATTIVAZIONE NEUTRONICA SU MATERIALE DELLA CENTRALE ELETTRONUCLEARE "ENRICO FERMI".  PREPARAZIONE DEI CAMPIONI A) 4 campioni di materiale metallico denominati: • - CTR1 Rivestimento del vessel • - CTR2 Mantello del vessel • - CTR3 Bulloni del vessel • - CTR4 Ferro dell'armatura   sono stati campionati mediante trapanatura e puliti con alcool e successivamente asciugati con aria compressa. I campioni sono stati conservati in contenitori di polietilene. Aliquote da 200-300 mg sono state sottoposte ad analisi per attivazione neutronica strumentale.  B) 1 campione di cemento denominato CTR5, fornito sotto forma di polvere.  Aliquote da 300-400 mg sono state sottoposte  ad  analisi per attivazione neutronica sia strumentale che distruttiva.  Come materiale di riferimento si usato una soluzione nitrica di tutti gli elementi determinati nel presente rapporto, preparandola usando dei sali puri, aliquote di questa soluzione sono state prelevate e sono state fatte adsorbire su polvere di silice, una soluzione nitrica contenente solo gli elementi delle terre rare, degli standard di acciaio forniti dal National Institute Standards & Technology (SRM 348a e 345 High Alloy Steel) e uno standard di ceneri SRM-1633 Fly Ash fornito dallo stesso ente.  IRRAGGIAMENTO E DECADIMENTO   Gli irraggiamenti sono stati effettuati nel reattore TRIGA MARK II del L.E.N.A. dell'Università di Pavia. L'irraggiamento durato 12 ore ad un flusso neutronico termico di 1x1012 n cm-2 s-1.  Al termine dell'irraggiamento i campioni ed il materiale di riferimento sono stati lasciati decadere per 3 giorni e prima di essere sottoposti a spettrometria gamma diretta ad eccezione dei campioni di cemento, che sono stati processati.  Un secondo irraggiamento è stato fatto ad un flusso neutronico termico di 2x1012 n cm-2 s-1, per un tempo di 2 minuti, i campioni di cemento ed il materiale standard sono stati lasciati decadere per 30 minuti, prima di essere sotto posti alla misura della radioattività indotta.  PROCEDURA RADIOCHIMICA PER LA DETERMINAZIONE DELLE TERRE RARE      2 Ai campioni di cemento ed alla soluzione di riferimento delle terre rare, trasferiti in crogiolo di Ni, si  aggiungono come "carrier", quantità note di Sc, Ce, Eu ed Yb.  Dopo l'aggiunta di Na2O2 (10 g) e NaOH (0.5 g), si è proceduto alla fusione graduale, che è durata 2 ore a 600 oC. La massa fusa è stata  lasciata raffreddare  per 1/2 ora e poi lisciviata con H2O distillata in modo da solubilizzare i silicati che si sono formati. Dopo centrifugazione, il residuo è stato sciolto in HCl 8M. Alla soluzione è stata aggiunta una soluzione NH4HF 3M e 1 mL di soluzione carrier di La+3 (5 mg/L): quest'ultima viene aggiunta per favorire la precipitazione dei fluoruri degli ele-menti delle  terre rare. I fluoruri sono stati centrifugati, ridisciolti con una soluzione satura di H3BO3 e HNO3 6M. La loro precipitazione viene ripetuta con le stesse modalità, ma senza l'aggiunta del "carrier" di La+3. I fluoruri sono nuovamente disciolti e portati a un volume finale di 25 mL un'aliquota di 21 mL è sottoposta  alla misura della radioattività indotta. La restante porzione (4 mL) è stata irraggiata con un'aliquota  nota della soluzione di riferimento degli elementi delle terre rare e la soluzione "carrier" di La, per la determinazione di Pr, Nd, Dy e Er e la valutazione della resa chimica. I dati sono riportati in tabella 5.  MISURA DELLA RADIOATTIVITA' INDOTTA   L'attività gamma è stata misurata con un cristallo Ge iperpuro ad elevata risoluzione, collegato ad un multicanale ADCAM 100 (Ortec EG&G) e ad un personal computer.  Il primo conteggio della durata di 3600 secondi stato effettuato dopo 3 giorni dalla fine dell'irraggiamento e si sono determinati As, Cu, Au, La, Nd, Sm, Mo, U e K.  Il conteggio stato ripetuto dopo 6 e 12 giorni dalla fine dell'irraggiamento, per la durata di 7200 secondi e sono stati determinati Ag, Ba, Ce, Co, Cr, Cs, Eu, Gd, Hf, Ta, W, Ir, Os, Pt, Sn, Sb, Tb, Ho, Yb, Lu, Ni, Zn, Se, Rb, Sc, Zr e Th. Alcuni dati nucleari degli elementi sono riportati in Tabella 1. I tempi di decadimento, di conteggio e l'energia gamma utilizzata sono stati scelti in modo tale da ridurre al minimo le interferenze.  La valutazione dell'accuratezza stata fatta mediante il confronto dei dati ottenuti per i campioni standard di riferimento NIST-SRM 345, 348a e NIST-SRM 1633 con i dati esistenti in letteratura. In generale esiste un buon accordo, senza grandi discrepanze, come si può notare in Tabella 2 e 3.  I dati ottenuti nei campioni sono riportati nelle Tabelle 4 e 5.       3    Tabella 1 - Dati nucleari degli elementi determinati  Elemento Semivita del radionuclide prodotto Energia delle radiazioni γ emesse (KeV) Ag Ag-110m           253.0  g 658(100) As As-76                 17.5  g 556(100) Au Au-198                 2.7  g 411(100) Ba Ba-131               11.5  g 216(100) Ce Ce-141               33.0  g 141(100) Co Co-60                   5.2  a 1173(100), 1332(90) Cr Cr-51                  27.7  g 320(100) Cs Cs-134                 2.1  a 795(90) Cu Cu-64                 12.8  ore 1346(100) Dy Dy-165                 2.4  ore 95(100) Eu Eu-152               13.3  a 344(100)  Er Er-171                  7.8  ore 308(100) Fe Fe-59                  45.1  g 1099(100), 1292(90) Gd Gd-153             236.0  g 98(100) K K-42                   12.5  ore 1524(100) Hf Hf-181                44.6  g 482(100) Ho Ho-166m            30.0  a 184(100) Ir Ir-192                 74.4  g 468(65), 1495(100) La La-140                 1.7  g 1594(100) Lu Lu-177                 6.8  g 208(100) Mo Tc-99m                6.0  g 141(100) Nd Nd-147              11.1  g 92(100) Ni Co-58                71.3  g 810(100) Os Os-191              14.6  g 129(100) Pr Pr-142               19.2  ore 1576(100) Pt Au-199                3.15 g 158(100) Rb Rb-86                18.6   g 1077(100) Sb Sb-124              60.2   g 1692(51) Sc Sc-46                83.9   g 888(100),1120(90) Se Se-75              121.0   g 136(100) Sm Sm-153               1.9   g 103(100) Sn Sn-117m           14.0   g 158(100) Ta Ta-182             115.1   g 1221(100) Tb Tb-160               73.0   g 879(100) Th Pa-233               27.0   g 311(100) W W-181                45.0   g 152(100) Yb Yb-169               32.6   g 198(85) U Np-239                2.35 ore 277(85) Zn Zn-65                245.0  g 1115(100) Zr Zr-95                  64.0   g 724(100), 756(80)      4   Tabella 2 - Valutazione dell'accuratezza (ppm) nel materiale di riferimento standard.  Elemento SRM-345 SRM-348a  Trovato Letteratura Trovato Letteratura Cu 34220±103 34400 1409±78 1400 Co 891±24 890 1514±34 1500 Mo 1214±12 1220 11786±95 11800 Cr 177118±411 160400 148013±519 148000 Ni 43128±74 42400 233521±644 242000 Ta 21.4±0.3 20 - - W - - 69.5±0.8 70   Tabella 3 - Valutazione dell'accuratezza (ppm) nelle Fly Ash NIST-SRM 1633  Elemento Trovato Letteratura As 58.3±0.8 61 Ba 3611±41 3400 Br 9.7±0.4 9.4 Ca 46224±3456 47000 Ce 156.1±0.9 154 Co 52±2 42 Cr 139.4±0.4 131 Cs 8.1±0.2 7.9 Dy 11.2±0.9 9.95 Eu 2.45±0.12 2.36 Er 8.4±0.1 8.9 Fe 63100±59 62000 Gd 12.1±0.23 11.9 Hf 7.96±0.12 7.9 Ho 2.15±0.31 1.98 La 71.4±0.2 72.5 Lu 1.62±0.03 1.84 Mo 41±2 43 Nd 64.8±0.3 64 Ni 93.7±0.9 92 Pr 9.1±0.5 9.2 Rb 137.9±1.9 126 Sb 7.67±0.56 7.8 Sc 26.5±0.09 27 Sm 12.9±0.03 13 Ta 1.71±0.03 1.64 Tb 2.32±0.05 2.44 Th 24.9±0.02 23.5 U 12.7±0.4 12.5 Zr 311.7 + K 16543+123 16000       5  Tabella 4 - Contenuto degli elementi (ppm) nel materiale metallico.  Elemento CRT1 CRT2 CRT3 CRT4 Ag(ppb) 10.72±0.22 9.21±0.12 17.61±0.10 86.03±0.17 As 119.94±0.54 286.77±0.60 305.35±0.34 913.9±0.5 Au(ppb) 2.14±0.12 1.98±0.09 2.87±0.12 2.68±0.09 Ba <10 <10 <10 <10 Ce(ppb) 11.41±0.34 12.34±0.12 12.12±0.23 9.89±0.04 Co 614.44±0.60 91.48±0.13 134.48±1.90 185.9±0.7 Cr% 21.33±0.12 0.58±0.20 1.14±0.40 0.19±0.01 Cs 7.32±0.09 2.11±0.07 1.98±0.12 3.23±0.05 Cu 987±123 978±98 1078.00±123 911.00±45 Eu(ppb) 0.91±0.03 0.87±0.04 0.73±0.01 0.45±0.02 Fe 55.59±1.20 119.12±0.20 127.92±0.50 - Gd 0.21±0.01 0.17±0.02 0.31±0.03 0.56±0.09 K 678±12 711±21 912.00±31 1045±67 Hf 11.89±0.03 23.45±0.09 13.21±0.06 12.45±0.13 Ho(ppb) 0.97±0.03 0.89±0.04 1.12±0.05 2.34±0.05 Ir(ppb) 20.11±0.01 32.16±0.05 45.34±0.06 64.78±0.12 La(ppb) 6.21±0.03 7.12±0.06 9.23±0.04 12.11±0.09 Lu(ppb) 1.98±0.02 1.71±0.05 2.12±0.05 3.45±0.08 Mo 21.34±0.12 32.67±0.09 26.54±0.05 45.89±0.34 Ni% 3.43±0.30 0.12±0.02 0.66±0.02 0.86±0.08 Nd(ppb) 5.91±0.03 6.23±0.04 5.34±0.09 9.65±0.05 Os(ppb) 8.75±0.09 10.23±0.08 23.89±0.12 11.23±0.07 Pt(ppb) 45.78±0.11 34.56±0.23 67.89±0.05 45.67±0.05 Rb 65.78±0.23 67.89±0.11 123.45±0.89 98.67±0.23 Sb 32.45±0.34 34.56±0.23 56.78±0.12 48.49±0.23 Sc 0.24±0.06 0.29±0.06 0.11±0.02 0.21±0.03 Se 0.19±0.03 0.21±0.04 0.09±0.01 0.25±0.04 Sm 0.28±0.04 0.31±0.05 1.09±0.34 0.99±0.04 Sn 524±10 617.00±23 789±27 911±12 Ta 23.41±0.12 21.34±0.09 34.19±0.09 54.23±0.09 Tb(ppb) 51.23±0.12 56.78±0.45 34.29±0.09 65.78±0.02 Th(ppb) 32.45±0.02 43.21±0.09 56.78±0.11 49.34±0.03 W 11.23±0.09 13.56±0.11 9.45±0.05 34.78±0.09 Yb 0.32±0.03 0.42±0.01 0.23±0.02 0.98±0.03 U 1.23±0.48 0.46±0.06 0.89±0.05 0.32±0.07 Zn 256±0.1 311±0.2 567±1 897±2 Zr% 0.34±0.02 0.56±0.03 0.67±0.01 0.98±0.04      6 Tabella 5 - Contenuto degli elementi (ppm) nello schermo biologico.  Elemento CTR4 Ag(ppb) 92.00±0.34 As 11.81±0.23 Au(ppb) 213.00±0.34 Ba 123.89±0.23 Ce 28.75±0.12 Co 15.78±0.23 Cr 639.30±1.23 Cs 2.91±0.03 Cu <1.0 Dy 2.89±0.03 Eu 1.01±0.09 Er 1.23±0.05 Fe% 0.64±0.12 Gd 2.56±0.04 K% 0.98±0.03 Hf 1.39±0.05 Ho 0.36±0.02 Ir(ppb) 98.11±0.01 La 9.90±0.04 Lu 0.20±0.03 Mo 1.23±0.09 Ni 3.54±0.05 Nd 9.74±0.03 Os(ppb) 1.75±0.09 Pr 0.34±0.02 Pt(ppb) 2.34±0.05 Rb 24.35±0.23 Sb 0.89±0.01 Sc 11.29±0.01 Se 23.45±0.11 Sm 2.21±0.02 Sn <0.01 Ta 0.39±0.06 Tb 0.37±0.03 Th 3.61±0.09 W 1.36±0.08 Yb 1.69±0.07 U 1.62±0.09 Zn 3.12±0.11 Zr 22.09±0.03   Bibliografia  NIST Special Publication 260 (1991)      7M. Oddone, S. Meloni, N. Genova, Inorganica Chimica Acta 94(1984)283.     8

Analisi chimiche mediante attivazione neutronica su materiale proveniente dalla centrale elettronucleare "Enrico Fermi" di Trino Vercellese (VC)

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