Entwicklung eines AMS-Messsystems zur radiologischen Charakterisierung von aktivierten Reaktorkomponenten in der Stilllegung hinsichtlich der Freigabefähigkeit

Abstract

Das vorliegende Eigenforschungsvorhaben befasst sich mit der Frage, inwieweit die Beschleuniger- Massenspektrometrie (AMS) ein geeignetes Messverfahren darstellt, mit dem sich Nachweismessungen zur Freigabe oder die radiologische Charakterisierung zur Bewertung der Freigabefähigkeit aktivierter Strukturen optimieren lassen. Es wurden Bestrahlungskampagnen am TRIGA Mark II der Universität Mainz durchgeführt, um Schwerbetonproben zu aktivieren. Diese Proben wurden einem bekannten Neutronenfluss ausgesetzt. Anschließend wurden die Proben mittels einer neu entwickelten Methode, die einen Elementaranalysator, ein Gas-Injektionssystem und die AMS kombiniert, auf ihren Stickstoffanteil und ihre C-14-Konzentration hin untersucht. Die Messungen fanden am Zentrum für Beschleuniger-Massenspektrometrie der Universität zu Köln, CologneAMS, statt. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Forschungsarbeit war die Bestimmung des Ca-41-Gehalts der aktivierten Proben, um eine mögliche Korrelation zwischen C-14 als Schlüsselnuklid und anderen Nukliden im Beton, repräsentiert durch Ca-41, abzuleiten. Bei der Ca-41-Bestimmung wurde eine weiterentwickelte und weniger aufwendigere Methode zur chemischen Aufarbeitung der Proben genutzt. Aufgrund der in diesem Forschungsvorhaben nicht exakt bestimmbaren Stickstoffgehalte des Probenmaterials konnte keine direkte Korrelation von C-14 zu Ca-41 abgeleitet werden. Diese Korrelation sollte eine vereinfachte und automatisierte Bestimmung von Ca-41 über das Stellvertreternuklid C-14 ermöglichen. Daher wurde der Einsatz der Ion- Laser-Interaction-AMS (ILIAMS) an der ILIAMS-Anlage VERA in Wien getestet. ILIAMS kann die chemische Probenaufbereitung deutlich reduzieren, da Isobare mittels Laser- Wechselwirkung unterdrückt werden können. Auf diese Weise konnte eine vereinfachte Direktmessung von Ca-41 anstelle der Messung über C-14 durchgeführt und deren Machbarkeit für Betonproben gezeigt werden. Anschließend wurde auf Basis der Ergebnisse aus den AMS-Messungen zur Charakterisierung die Eignung der durchgeführten Vorgehensweise über das Schlüsselnuklid C-14 zur Freigabe von aktivierten Betonstrukturen vor dem Hintergrund der deutschen Freigabebedingungen bewertet. Es wird dargestellt, inwieweit das entwickelte Verfahren in Entscheidungsmessungen und über die Anwendung im Beton hinaus auf weitere Stoffe und Nuklide nutzbar sein kann.

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