Illegális nukleáris tevékenységek felderítését célzó kutatások

Iz

otó

pku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yo

s A

kad

émia

Mag

yar

Tu

do

mán

yo

s A

kad

émia

Illegális nukleáris tevékenységek felderítését célzó kutatások

Mácsik Zsuzsanna

MTA Izotópkutató Intézet, Sugárbiztonság Osztály ICP-MS laboratórium

[email protected]

IKI Szeminárium Budapest, 2010. június 2.

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia

TartalomTartalom

Nukleáris biztosítéki rendszer Atomsorompó-szerződés Hagyományos biztosítéki rendszer Megerősített biztosítéki rendszer Analitikai módszerek

A nukleáris biztosítéki rendszerhez kapcsolódó kutatások Dörzsminták tömb-analízise Radioaktív részecskék vizsgálata

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia

Atomsorompó-szerződésAtomsorompó-szerződés

Moszkva, 1968. július 1.Aláírási ceremónia

Liewellyn E. Thompson (amerikai nagykövet) - bal Andrei A. Gromyko (szovjet külügyminiszter) - jobb

NWS: Nuclear weapon state

NNWS: Non-nuclear weapon state

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia

Hagyományos biztosítéki rendszerHagyományos biztosítéki rendszer

Cél Igazolni, hogy a biztosítéki

egyezmény hatálya alá tartozó nukleáris anyagot nem irányítottak át nukleáris fegyverekhez.

Alapkoncepció Szignifikáns

mennyiség (SQ) Időtényező Valószínűség

LEU HEU Pu Th 233U

SQ [kg] 75 25 8 20 000 8

Időtényező 1 év 1 hónap 1 hónap 1 év 1 hónap

Valószínűség A téves riasztás valószínűsége 5% alatt legyen.

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia

Nukleáris anyag nyilvántartási rendszer Létesítményi adatok Nukleáris anyag leltár

Jelentés a NAÜ felé

Körülhatárolás és felügyelet (Containment and Surveillance) Körülhatárolás

Anyagmérlegkörzet Mérési kulcspontok

Felügyelet Folyamatos megfigyelés Plombák (Seals)

EszközökEszközök

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia

Ellenőrzés Vizuális megfigyelés Nukleáris anyag tételes

megszámlálása Nyilvántartások vizsgálata Plombák, optikai megfigyelő

eszközök elhelyezése Környezeti és nukleáris anyag

minták gyűjtése Roncsolásmentes vizsgálatok

Egyéb Új létesítmények terveinek

ellenőrzése

EszközökEszközök

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia

A hagyományos biztosítéki rendszer A hagyományos biztosítéki rendszer hiányosságahiányossága

Az ügynökség csak bejelentett nukleáris létesítmények területén folyó bejelentett nukleáris tevékenységeket, illetve bejelentett nukleáris anyagokat vizsgálhat.

A jelentések helyességéthelyességét tudják csak igazolni.

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia

Megerősített biztosítéki rendszerMegerősített biztosítéki rendszer

Kiegészítő jegyzőkönyv (1997.)

Cél: A bejelentett létesítmények területén folyó nem

bejelentett tevékenységek, illetve az adott ország területén bárhol folyó, nukleáris fegyver létrehozását célzó esetleges eltitkolt nukleáris tevékenység felderítése.

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia

A Kiegészítő jegyzőkönyv által hozott A Kiegészítő jegyzőkönyv által hozott változásokváltozások

Információ szolgáltatás bővítése Minden nukleáris alapüzemanyagról A Kiegészítő jegyzőkönyvben szereplő létesítmény telephelyének

valamennyi épületéről Minden nukleáris üzemanyagciklussal összefüggő, K+F tevékenységről A nukleáris üzemanyagciklussal kapcsolatos 10 éves fejlesztési

tervekről

Szélesebb körű hozzáférés

Az ellenőrzések bejelentésikötelezettségének változása

Ellenőrzések változása Nagyterületű környezeti mintavétel Műholdas megfigyelés Nyílt forrású információk

(Internet, publikációk, …)

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia

A változtatások eredményeA változtatások eredménye

A megerősített biztosítéki intézkedések lehetővé teszik: annak igazolását, hogy az adott országban nem

folytatnak eltitkolt nukleáris tevékenységet és nincs be nem jelentett nukleáris anyag.

a NAÜ-nek szolgáltatott információk helyességénekhelyességének és teljességénekteljességének igazolását.

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia

Környezeti és nukleáris minták elemzéseKörnyezeti és nukleáris minták elemzése

Safeguards Analytical Laboratories (SAL) Szűrővizsgálatok

Gammaspektrometria Röntgen-fluoreszcens spektrometria, TXRF

Analitikai vizsgálatok Tömbanalízis: TIMS, ICP-MS, Alfaspektrometria Részecske-analízis: SIMS, SEM

Network of Analytical Laboratories (NWAL)

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia

A nukleáris biztosítéki rendszerhez A nukleáris biztosítéki rendszerhez kapcsolódó kutatásokkapcsolódó kutatások

Tömb-analitikai módszerfejlesztések dörzsminták aktinidatartalmának meghatározásához Módszer dörzsmintákban található aktinidák

(Th, U, Pu és Am) együttes meghatározására alfaspektrometriával

A NAÜ Tiszta Laboratóriumában alkalmazottmódszer módosítása: 238Pu meghatározása

Részecske-analitikai módszer fejlesztése dörzsmintákból származó radioaktívrészecskék U- és Pu-izotóparányának meghatározására

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia

Dörzsmintákban található aktinidák együttes Dörzsmintákban található aktinidák együttes meghatározására szolgáló módszermeghatározására szolgáló módszer

Cél: Nukleáris biztosítéki célból vett dörzsminták

elemzése. A módszer:

Extrakciós kromatográfia Adaptált módszer: baleseti helyzetekben

alkalmazható, gyors módszer talaj- és üledékminták aktinidatartalmának meghatározására.

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia


Feltárás- Mikrohullámú feltárás

- Hamvasztás

Nyomjelzés243Am, 242Pu, 232U

Oxidációs állapot beállításaMohr-só, NaNO2

Extrakciós kromatográfiaTRU

Am-frakció Pu-frakció Th-frakció U-frakció

α-forrásα-forrás α-forrás α-forrás

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia

Vakminták Radioaktív

nyomjelzővel jelzett tiszta dörzsminták

Valódi minták laboratóriumi

munkaasztal tisztított főzőpohár

A kimutatási határ meghatározása

A módszer hatékonyságának meghatározása


Th, U, Pu, Am:

1 – 1,6 mBq/minta

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia


Izotópok

Aktivitás [mBq/minta]

Laboratóriumi munkaasztal

Főzőpohár

241Am - 44,6 ± 1,8

244Cm - 26,3 ± 1,3

239,240Pu - 43,0 ± 1,2

238Pu - 54,2 ± 1,4

230Th 9,0 ± 1,6 -

233U 10,2 ± 0,7 -

Várható

izotópok

230Th 233U 239Pu

241Am, 242Cm, 244Cm, 239,240Pu, 238Pu238U, 234U

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia


További célok: Az alfaspektrometria és az ICP-MS együttes

alkalmazása A meghatározható aktinidák körének

kiterjesztése: Np-elválasztás

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia

A NAÜ Tiszta Laboratóriumában alkalmazott A NAÜ Tiszta Laboratóriumában alkalmazott módszer módosításamódszer módosítása

Cél: A NAÜ standard módszerének továbbfejlesztése

238Pu meghatározása alfaspektrometriával A minták eredete nagyobb pontossággal és biztonsággal

meghatározható.

Pu-izotópok meghatározása

ICP-MS, TIMS

239Pu, 240Pu, 241Pu, 242Pu

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia


Feltárás Mintaosztás

U – mennyiségi

Pu – minőségi

Archív U – minőségi

Pu - mennyiségi

U – Pu elválasztás U – Pu elválasztás

Pu-frakció tisztítása

Pu-frakció tisztítása

U-frakció tisztítása

U-frakció tisztítása

Izotóparány meghatározás

Izotóparány meghatározás

Mennyiségi meghatározás

Mennyiségi meghatározás

α-spektrometria MS

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia

α-spektrometria

IPu-238

IPu-239,240

ICP-MS, TIMS

mPu-239 APu-239

mPu-240 APu-240

APu-239,240

240,239Pu

238Pu

I

I

α239,240Pu

α238Pu

MS239,240Pu

α238Pu

I

I

A

A


Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia


Modell minták vizsgálata

238Pu tartalom:

- 250fg (160mBq)

- 130fg (80mBq)

Mintaosztás:

1% ICP-MS

99% α-spekt.

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia


Valódi minták vizsgálata

Mintaosztás:

20% ICP-MS

5% α-spekt.

IzotópokKoncentráció

[fg/g] [mBq/g]

238Pu 5.1 ± 6% 3.2 ± 6%

239Pu 31883 ± 3% 73 ± 3%

240Pu 2896 ± 3% 24 ± 3%

241Pu 40 ± 3% 154 ± 3%

Egy minta mérési eredményei

Valódi minták:

Biztosítéki ellenőrzésből

származó vízminták

240Pu/239Pu241Pu/239Pu

238Pu/239,240Pu

238Pu/239Pu

238Pu/240Pu

ICP-MS / TIMS

ICP-MS / TIMS+

α-spektrometria

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia

Cél: Dörzsmintákban található egyedi részecskék

vizsgálata, a részecskékben megtalálható U- és Pu-izotópok arányainak meghatározása

Pontosabb eredet-meghatározás lehetősége Több emittáló forrás feltárása Rutin tömb-analízis kiegészítése a dörzsminták

vizsgálatában

Részecske-analitikai módszer fejlesztéseRészecske-analitikai módszer fejlesztése

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia


A módszerfejlesztés még folyamatban

A módszer lépései definiáltak

Egyes eljárások kidolgozottak

A kidolgozott eljárások egymással összekapcsolhatók

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia


Szilárdtest nyomdetektor alkalmazása Alfanyom-analízis

Megfelelő expozíciós idő megválasztása Optimális maratási paraméterek beállítása

Hasadványnyom-analízis Első próbálkozások

Radioaktív részecskék azonosítása

U-tartalmú tesztrészecske Alfanyom Hasadvány-nyom

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia


Az azonosított részecskék lokalizálása

Elért pontosság [μm]

3-pontos alg. – lokalizáció 19 ± 15

3-pontos alg. – relokalizáció 7 ± 6

6-pontos alg. – lokalizáció 10 ± 7

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia


SEM-s vizsgálatok

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia


Tesztrészecske mikromanipulálása

Monazitszemcse mikromanipulálása

M12982-4 A részecske elmozdítása

A részecske a tűn A részecske „hűlt” helye

A részecske „hűlt” helye

A részecske a tűnA tű a részecskénM12979-1

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia


Primerköri hűtővízből származó részecske mikromanipulálása

40TV0604-mp9 részecske az eredeti mintatartón A részecske a tűnA tű a részecskéhez közelít

40TV0604-mp9 részecske az új mintatartónOptikai mikroszkópos felvétel

40TV0604-mp9 részecske az új mintatartónElektronmikroszkópos felvétel

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia


További feladatok: az alfanyom-analízis kiegészítése

hasadványnyom-analízissel, módszer(ek) kidolgozása/adaptálása a

részecskék dörzsmintáról való eltávolítására, módszer kidolgozása a részecskék LA-ICP-MS

vizsgálatára, a teljes módszer tesztelése modell- és valódi

mintákon, a teljes módszer adaptálása dörzsmintákra.

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia

KöszönetnyilvánításKöszönetnyilvánítás

Dr. Vajda Nóra, RadAnal Kft. Dr. Molnár Zsuzsa és a

RadAnal Kft. minden dolgozója

Dr. Taeko Shinonaga, IAEA Dr. David Donohue, IAEA Hülber Erik, RadoSYS Kft. Bene Balázs, NIST Dr. Széles Éva, MTA IKI, SBO Katona Róbert, MTA IKI, SBO Bartha Hajnal, MTA IKI, SBO Dr. Varga Zsolt, ITU Dr. Bíró Tamás, MTA IKI, SBO

Hargittai Péter, MTA IKI, Sugárhatáskémiai Osztály

Prof. Szatmáry Zoltán, BME NTI

Dr. Vincze Árpád, OAH Dr. Révay Zsolt, MTA IKI,

NKO Dr. Pintér Tamás, Paksi

Atomerőmű Zrt., Radiokémiai Laboratórium

Igaz Antal, Carl Zeiss Technika Kft.

Izo

tóp

ku

tató

Inté

zet

Mag

yar

Tu

do

mán

yos

Aka

dém

ia M

agya

r T

ud

om

ányo

s A

kad

émia

Köszönöm a figyelmet!

www.iki.kfki.hu

Documents

Illegális nukleáris tevékenységek felderítését célzó kutatások