Illegális nukleáris tevékenységek felderítését célzó kutatások

1. Illegális nukleáris tevékenységek felderítését célzó kutatások Mácsik Zsuzsanna MTA Izotópkutató Intézet, Sugárbiztonság Osztály ICP-MS laboratórium macsik@iki.kfki.hu IKI Szeminárium Budapest, 2010. június 2.

2. Tartalom • 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

3. Atomsorompó-szerződés NWS: Nuclear weapon state NNWS: Non-nuclear weapon state Moszkva, 1968. július 1.Aláírási ceremónia Liewellyn E. Thompson (amerikai nagykövet) - bal Andrei A. Gromyko (szovjet külügyminiszter) - jobb

4. Cél Igazolni, hogy a biztosítéki egyezmény hatálya alá tartozó nukleáris anyagot nem irányítottak át nukleáris fegyverekhez. Alapkoncepció Szignifikáns mennyiség (SQ) Időtényező Valószínűség Hagyományos biztosítéki rendszer

5. Eszközök • 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)

6. Eszközök • 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

7. A hagyományos biztosítéki rendszer hiányossága Az ügynökség csak bejelentett nukleáris létesítmények területén folyó bejelentett nukleáris tevékenységeket, illetve bejelentett nukleáris anyagokat vizsgálhat. A jelentések helyességét tudják csak igazolni.

8. Megerősített 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.

9. A Kiegészítő jegyzőkönyv által hozott változások • 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, …)

10. A 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 helyességének és teljességének igazolását.

11. Környezeti 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)

12. A nukleáris biztosítéki rendszerhez kapcsolódó 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

13. Dörzsmintákban található aktinidák együttes meghatározására 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.

14. Dörzsmintákban található aktinidák együttes meghatározására szolgáló módszer Feltárás - Mikrohullámú feltárás - Hamvasztás Nyomjelzés 243Am, 242Pu, 232U Oxidációs állapot beállítása Mohr-só, NaNO2 Extrakciós kromatográfia TRU Pu-frakció Th-frakció Am-frakció U-frakció α-forrás α-forrás α-forrás α-forrás

15. Dörzsmintákban található aktinidák együttes meghatározására szolgáló módszer • Vakminták • Radioaktívnyomjelzővel jelzett tiszta dörzsminták • Valódi minták • laboratóriumi munkaasztal • tisztított főzőpohár A kimutatási határ meghatározása Th, U, Pu, Am: 1 – 1,6 mBq/minta A módszer hatékonyságának meghatározása

16. Dörzsmintákban található aktinidák együttes meghatározására szolgáló módszer Várható izotópok 230Th233U239Pu 241Am, 242Cm, 244Cm, 239,240Pu, 238Pu238U, 234U

17. Dörzsmintákban található aktinidák együttes meghatározására szolgáló módszer • További célok: • Az alfaspektrometria és az ICP-MS együttes alkalmazása • A meghatározható aktinidák körének kiterjesztése: Np-elválasztás

18. A NAÜ Tiszta Laboratóriumában alkalmazott módszer 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

19. A NAÜ Tiszta Laboratóriumában alkalmazott módszer módosítása Feltárás Mintaosztás U – mennyiségi Pu – minőségi Archív U – minőségi Pu - mennyiségi U – Pu elválasztás U – Pu elválasztás Pu-frakció tisztítása U-frakció tisztítása Pu-frakció tisztítása U-frakció tisztítása Mennyiségi meghatározás Izotóparány meghatározás Mennyiségi meghatározás Izotóparány meghatározás α-spektrometria MS

20. α-spektrometria IPu-238 IPu-239,240 ICP-MS, TIMS mPu-239 APu-239 mPu-240APu-240 A NAÜ Tiszta Laboratóriumában alkalmazott módszer módosítása APu-239,240

21. A NAÜ Tiszta Laboratóriumában alkalmazott módszer módosítása Modell minták vizsgálata 238Pu tartalom: - 250fg (160mBq) - 130fg (80mBq) Mintaosztás: 1%  ICP-MS 99%  α-spekt.

22. A NAÜ Tiszta Laboratóriumában alkalmazott módszer módosítása Valódi minták vizsgálata Valódi minták: Biztosítéki ellenőrzésből származó vízminták Mintaosztás: 20%  ICP-MS 5%  α-spekt. Egy minta mérési eredményei 240Pu/239Pu 241Pu/239Pu 238Pu/239,240Pu 238Pu/239Pu 238Pu/240Pu ICP-MS / TIMS ICP-MS / TIMS + α-spektrometria

23. Részecske-analitikai módszer fejlesztése • 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

24. Részecske-analitikai módszer fejlesztése • A módszerfejlesztés még folyamatban • A módszer lépései definiáltak • Egyes eljárások kidolgozottak • A kidolgozott eljárások egymással összekapcsolhatók

25. Részecske-analitikai módszer fejlesztése Radioaktív részecskék azonosítása • Szilárdtest nyomdetektor alkalmazása • Alfanyom-analízis • Megfelelő expozíciós idő megválasztása • Optimális maratási paraméterek beállítása • Hasadványnyom-analízis • Első próbálkozások Alfanyom Hasadvány-nyom U-tartalmú tesztrészecske

26. Részecske-analitikai módszer fejlesztése Az azonosított részecskék lokalizálása

27. Részecske-analitikai módszer fejlesztése SEM-s vizsgálatok

28. Részecske-analitikai módszer fejlesztése Tesztrészecske mikromanipulálása M12982-4 A részecske elmozdítása A részecske a tűn A részecske „hűlt” helye Monazitszemcse mikromanipulálása M12979-1 A tű a részecskén A részecske a tűn A részecske „hűlt” helye

29. Részecske-analitikai módszer fejlesztése Primerköri hűtővízből származó részecske mikromanipulálása 40TV0604-mp9 részecske az eredeti mintatartón A tű a részecskéhez közelít A részecske a tűn 40TV0604-mp9 részecske az új mintatartónOptikai mikroszkópos felvétel 40TV0604-mp9 részecske az új mintatartónElektronmikroszkópos felvétel

30. Részecske-analitikai módszer fejlesztése • 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.

31. 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. Köszönetnyilvánítás

32. www.iki.kfki.hu Köszönöm a figyelmet!