title: Investigating the possibility of using Pu-236 as a non-isotopic tracer for Np-237 in environmental samples
Creators: name: Rohrbach, Philipp
Publisher: name: :none
Year: 2024

description: Im vergangenen Jahrhundert wurde eine beträchtliche Menge an radioaktiven Elementen durch radioaktiven Niederschlag aus Kernwaffentests und anderen menschlichen Aktivitäten in die Umwelt freigesetzt. Eines dieser Elemente ist Neptunium, ein vergleichsweise wenig erforschtes Actinoid, dessen Beitrag zur Umweltradioaktivität voraussichtlich in Zukunft steigen wird. Die quantitative Bestimmung von Radionukliden in Umweltproben erfordert die Anwendung eines geeigneten Spikes, um Ausbeuteverluste während der chemischen Trennung nachvollziehen zu können. Im Falle von Np-237 existiert aber kein passender isotopischer Spike. In dieser Arbeit wurde die gleichzeitige Bestimmung von Np-237 und Plutonium-Isotopen über Pu-236, einen nicht-isotopischen Spike für Np-237 mit ähnlichen chemischen Eigenschaften, untersucht. Vier verschiedene Aufarbeitungsmethoden wurden mit Hinblick auf ihre Eignung für Boden- und Wasserproben analysiert und verglichen. Untersuchte Proben wurden mit Np-237- und Pu-236-Spikes versetzt und Radionuklide in den Proben mittels Säurebehandlung in Lösung gebracht. Nach dem Einstellen der Oxidationsstufen wurden Plutonium und Neptunium mittels Ionenaustausch- oder Extraktionschromatographie von der Probenmatrix abgetrennt. Messpräparate für die α-Spektrometrie wurden durch Mikropräzipitation hergestellt. Die besten Ergebnisse in Bezug auf die Reproduzierbarkeit der chemischen Ausbeuten wurden mit der VERA-Methode für Bodenproben von 1 g erzielt, einem Verfahren bei dem Mitfällung mit Eisenhydroxid, Ascorbinsäure und Nitrit als Redoxmittel und Extraktionschromatographie mit UTEVA Harz zum Einsatz kommen. Die gute Übereinstimmung der Verhältnisse der chemischen Ausbeuten spricht für Pu-236s Eignung als nicht-isotopischer Spike für Np-237. Gleichzeitig ermöglicht die Methode relativ schnelle und simple Analysen. Die Tauglichkeit der anderen in dieser Arbeit untersuchten Methoden wurde durch niedrige chemische Ausbeuten oder unzureichende Abtrennung von Thorium und Matrix-Komponenten beschränkt.
description: Over the course of the past century, significant amounts of radioactive elements have been released into the environment through fallout from nuclear weapons testing and other anthropogenic activities. Among them is neptunium, a comparatively poorly researched actinide whose contribution to environmental radioactivity is predicted to rise in the long term. Quantitative determination of radionuclides from environmental matrices necessitates the use of a suitable tracer to monitor their yield during radiochemical procedure. However, in the case of Np-237, neptunium’s most abundant and relevant nuclide, no such isotopic tracer exists. In this work, the concurrent determination of Np-237 and plutonium isotopes via Pu-236, a non-isotopic tracer for Np-236 of similar chemical behavior, was examined. Four different sample processing techniques were carried out and compared with regard to their applicability to soil and water matrices. Investigated samples were spiked with Np-237 and Pu-236 tracer solutions and radioanalytes were solubilized by acid leaching. After adjustment of oxidation states, neptunium and plutonium were separated from the matrix via ion-exchange or extraction chromatography and sources for α-spectrometric measurements were prepared via micro-precipitation. The best results in terms of reproducibility of recovery ratios were achieved by the VERA method, a protocol utilizing iron hydroxide co-precipitation, ascorbic acid and nitrite as redox agents and extraction chromatography with UTEVA resin, for soil samples of 1 g. The good agreement of chemical yield ratios between the two tracers demonstrates Pu-236’s suitability as a non-isotopic tracer for Np-237. At the same time, this approach allows for simple analyses within a relatively short timeframe. The efficacy of the other methods investigated in this work was hindered by low recovery yields or insufficient decontamination from thorium and bulk matrix components.