Inhaltszusammenfassung

Im Rahmen der Endlagerforschung und Umweltüberwachung langlebiger Radionuklide wie Pu-239, Np-237 oder Tc-99 sind Methoden zur Untersuchung des geochemischen Verhaltens sowie dem Nachweis geringster Mengen, zur Nachbildung der Verhältnisse im Fernfeld eines Endlagers und im Kontext der nuklearen Forensik, wichtige Werkzeuge für die Sicherheits- und Spurenanalyse. In der vorliegenden Arbeit wird die Resonanzionisations-Massenspektrometrie (RIMS) zur Ultraspurenanalyse von Pu und Tc vorgestell...Im Rahmen der Endlagerforschung und Umweltüberwachung langlebiger Radionuklide wie Pu-239, Np-237 oder Tc-99 sind Methoden zur Untersuchung des geochemischen Verhaltens sowie dem Nachweis geringster Mengen, zur Nachbildung der Verhältnisse im Fernfeld eines Endlagers und im Kontext der nuklearen Forensik, wichtige Werkzeuge für die Sicherheits- und Spurenanalyse. In der vorliegenden Arbeit wird die Resonanzionisations-Massenspektrometrie (RIMS) zur Ultraspurenanalyse von Pu und Tc vorgestellt. Der mehrstufige, resonante Ionisationsprozess mittels Laserlicht in Verbindung mit massenspektrometrischen Verfahren erlaubt einen hochgradig elementselektiven und nahezu isobarenfreien Nachweis langlebiger Radionuklide. Der Prozess der routinemäßigen Analyse von Pu-239/240 in Umweltproben mittels RIMS wird vorgestellt und es konnte durch Optimierung eine stabile Erhöhung der Effizienz auf 1E-5 für den Nachweis von einigen hundert ag Pu in 2 g Probenmaterial erreicht werden. Weiterhin wurde ein neuer Tc-97-Tracer eingehend charakterisiert und die Methode für den Nachweis von Tc-99g weiterentwickelt. In einer Bodenprobe konnte eine Menge von 1,5E9 Atome Tc-99g unter Verwendung des Tc-97 Tracers mittels RIMS quantifiziert werden, was den erstmaligen Einsatz der Methode in diesem Kontext darstellt. Zur Untersuchung des geochemischen Verhaltens bei Austritt der Radionuklide und Kontakt mit dem Wirtsgestein im Endlager werden ortsaufgelöste Messmethoden im Hinblick auf redoxaktive und immobilisierende Phasen benötigt. Hierfür wurde ein kommerzielles Sekundärionen-Massenspektrometer (SIMS) wieder in Betrieb genommen, technisch modernisiert, optimiert und für den Einsatz in der Laser-Sekundärneutralteilchen-Massenspektrometrie(Laser-SNMS) erweitert. Die Methode nutzt die Vorteile der Resonanzionisation in Kombination mit ortsaufgelösten Messungen mittels SIMS. Durch diesen, von der Probenmatrix unabhängigen, Ionisationsprozess verhindert die Laser-SNMS falsch-positive Signale in ortsaufgelösten Verteilung, wie sie in der SIMS auftreten können. Der Strahltransport und Einkopplung des Laserlichtes in das SIMS System sowie Verknüpfung der zeitlichen Ansteuerung von SIMS und Lasersystem wurden technisch realisiert. Nach Optimierung des SIMS-Prozesses, wurde das System eingehend für den Laser-SNMS Betrieb mittels Messungen von Gd optimiert und charakterisiert, bei erreichbaren lateralen Auflösungen von 6–9 µm mit einer Massenauflösung von ~700. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen, wurde die Methode auf die Messung von Pu-239 erweitert. An Elektrolyseproben mit bekannter Pu-Belegung konnten Effizienzen im Bereich von 7E-4 – 9E-4 erreicht werden. Mittels Laser-SNMS konnte noch eine Menge von ~2E6 Atome Pu-239 im analysierten Bereich nachgewiesen werden, in SIMS hingegen kein Signal mehr identifiziert werden, was die Stärke der Methode demonstriert. In einer ersten Anwendung der Laser-SNMS auf endlagerrelevante Proben wurden mit Pu-239 kontaktierte Pyrit-Partikel mit SIMS und Laser-SNMS untersucht. Hierbei konnten Einflüsse von Topographie und Matrixeffekten auf SIMS-Signale sowie dahingehende Vorteile der Laser-SNMS untersucht und die erfolgreiche Anwendung der Methode auf diese Art von Proben demonstriert werden.» weiterlesen» einklappen

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DDC Sachgruppe:
Chemie