III. IRODALMI ÁTTEKINTÉS
III.2. A kontaminációs folyamatok laboratóriumi vizsgálatának módszertani kérdései
kontaminációs-dekontaminációs folyamatok kutatása már évtizedek óta folyik, s a témakörrel foglalkozó közlemények száma rendkívül nagy [78, 89-104]. Nehezíti a kérdéskör áttekintő tárgyalását az a tény, hogy a kontaminációs-dekontaminációs jelenségek kutatásában jelentős múlttal és tudományos bázissal rendelkező kutatócsoportok nem, vagy alig publikálják eredményeiket. További nehézséget okoz a rendkívül sokrétű, szerteágazó irodalmi anyag azonos szempontok alapján történő rendezése. Ez tükröződik a témakörben megjelent csekély számú összefoglaló munkából. Néhány, a kontaminációs-dekontaminációs jelenségek valamennyi vonatkozását mélyrehatóan tárgyaló dolgozattól [91-96, 101] eltekintve, a kérdéskörrel részleteiben foglakozó munkák zöme az üzemi kontaminációs-dekontaminációs problémákat, illetve a dekontaminációs eljárásokat ismerteti. Figyelemre méltó továbbá, hogy az egyes felületek kontaminációs-dekontaminációs viselkedésének minősítésében évtizedek óta meghatározó szerepük van a szabványosított vizsgálati módszereknek.
A vázolt szakirodalmi anyagra támaszkodva készült a III.16. ábra, amely metodikai áttekintést nyújt a szilárd/folyadék heterogén rendszerek kontaminációs-dekontaminációs kutatásában alkalmazható vizsgálati módszerekről [89, 101, 104]. Az ábra alapján három fő csoportot különíthetünk el:
a) Laboratóriumi vizsgálati eljárásokat;
b) Félüzemi szimulált modellrendszereket;
c) Szabványosított módszereket.
A továbbiakban rövid áttekintést adunk a laboratóriumi vizsgálati módszerek egyes csoportjairól.
A radioaktív kontamináció laboratóriumi tanulmányozása tulajdonképpen az ipari szerkezeti anyagokon bekövetkező megkötődési folyamatok radioizotópos nyomjelzéses vizsgálata. Ez az adszorbenssel szemben támasztott követelmények vonatkozásában általában meghaladja a nyomjelzéses elektroszorpciós kutatások elvárásait, melynek okai a következők:
a) A fémes szerkezeti anyagok mellett kiemelkedő fontosságú a műanyagok és a festékbevonatok kontaminációs-dekontaminációs folyamatainak ismerete is;
b) Az adszorbens kialakításánál alapvető szempont, hogy a szerkezeti anyag eredeti tulajdonságai ne módosuljanak.
III.16. ábra: A kontaminációs-dekontaminációs kutatásokban alkalmazható vizsgálati eljárások áttekintése
A publikált dolgozatokat áttanulmányozva szembetűnő, hogy a kérdéskör vizsgálatára alkalmazható eljárások rendszerezésével, a vizsgálati módszerek kilalakításának, kiválasztásának metodikai kérdéseivel, illetve a szerkezeti anyagokat érintő kontaminációs-dekontaminációs és korróziós jelenségek kapcsolatával foglalkozó közlemények száma viszonylag kevés. Erre vonatkozó utalásokat találhatunk az [89, 101] monográfiában, a [99, 103-104] összefoglaló munkákban, illetve a [100, 105-124] közleményekben. A szilárd/folyadék heterogén rendszerek határfelületein lejátszódó radioaktív kontaminációs-dekontaminációs folyamatok laboratóriumi vizsgálati módszerei – metodikai megfontolások alapján – alcsoportokba sorolhatók (lásd III.16. ábra).
EX-SITU MÓDSZEREK:
Az utóbbi 15 évben publikált néhány közleménytől [99-100, 120-124] eltekintve az elmúlt évtizedekben döntően szakaszos eljárásokat alkalmaztak a kontaminációs és dekontaminációs jelenségek laboratóriumi vizsgálatában. A szakaszos eljárások feloszthatók az „oldat” és az „adszorbens” módszerekre (III.16. ábra). A felosztás alapját az képezi, hogy a kontaminációs, illetve dekontaminációs folyamat nyomon követése az adszorbens felület
(„adszorbens” módszer) vagy a kontamináló oldatminta („oldat” módszer) radioaktivitásának ex-situ mérésével történik. Az „oldat” módszer legegyszerűbb változata az „elektród”
módszerrel kombinálható eljárás, amikor az oldat radioaktív koncentrációját a mintafelület bemerítését megelőzően, illetve azt követően határozzák meg. Ugyancsak szakaszos megoldásnak tekinthető az oldat alikvot részletének eltávolítása és mérése. A III.16. ábrából kitűnik, hogy az oldat radioaktív koncentrációjának – a kontaminációs folyamat során történő – folyamatos mérése, azaz az „oldat” módszer a folyamatos változata is az ex-situ eljárások közé sorolható.
Az szakaszos módszerek további alcsoportokba oszthatók; a „bemerítéses” [105-106]
és a „szuszpenziós” [107-116] módszerek alkotják e vizsgálati technikák zömét. A
„bemerítéses” technika általában magába foglalja az adszorbens felület és a kontamináló oldatminta radioaktivitásának mérését a két fázis elválasztása után. A „szuszpenziós”
eljárások lényege, hogy a szorpciós folyamat vizsgálatának kezdetén porszerű szerkezeti anyagot szuszpendáltatnak az oldatba, majd a két fázis elkülönítése után a szerkezeti anyag, a radioaktív oldatminta (vagy mindkettő) radioaktivitását meghatározzák. Ezt – az analitikai és kolloid kémiában általánosan alkalmazott – technikát először 1951-ben Kurbatov és munkatársai [107] használták a kobalt szorpció (60Co kontamináció) kutatásában.
Alkalmazásának indítéka abban az elméletben keresendő, miszerint a kérdéses izotóp feldúsulásában döntő szerepe a fémes szerkezeti anyag felületét borító fém-oxidnak van, és a szerkezeti anyag mélyebb rétegei lényegében nem vesznek részt a szorpciós folyamatban [109]. E megfontolások alapján – elsősorban a 60Co és 137Cs feldúsulását tanulmányozva – a vizsgálatokat a szerkezeti anyag felületéről eltávolított, vagy mesterségesen előállított fém-oxid porokon végezték. A radioizotópos nyomjelzés mellett más (például spektrometriás, ellipszometriás) mérési megoldást is alkalmaztak. E kutatási terület történeti vonatkozásait tekintve ki kell emelnünk Matijevic és kutatócsoportja tevékenységét [108-109].
A felsorolt vizsgálati metodikákon kívül természetesen egyéb próbálkozások is történtek az egyes kontaminációs-dekontaminációs jelenségek mechanizmusának felderítésére. Ilyen – az ismertetett fontosabb csoportokba nem sorolható – ex-situ megoldásnak tekinthetők a gyapotszerűen kialakított korrózióálló acélmintákon végzett vizsgálatok [117], vagy a műanyagfelületek kontaminációs viselkedésének tanulmányozása speciálisan kialakított polisztirol [118] és polietilén [119] üvegek belső felületén.
IN-SITU MÓDSZEREK
A radioaktív kontaminációs-dekontaminációs jelenségek laboratóriumi vizsgálatában alkalmazható nyomjelzéses eljárások legújabb csoportját az in-situ nyomjelzéses módszerek képezik, amelyek segítségével az abszorbeátum felületi többletkoncentrációja (radioaktivitása) folyamatosan, az oldatba merülő szerkezeti anyag felületén mérhető.
Valamennyi idetartozó eljárás az Aniansson [125] által kidolgozott „vékonyréteg" elven alapul. Az e csoportba sorolható módszerek – mind radiokémiai, mind elektrokémiai vonatkozásban – a szilárd/folyadék heterogén rendszerek határfelületi jelenségeinek tanulmányozására alkalmazható legkorszerűbb technikai megoldásoknak tekinthetők.
A „vékonyréteg" elv lényege, hogy kis- és közepes energiájú β--részecskéket, illetve 20 keV alatti γ(röntgen)-fotonokat emittáló izotópokkal történő nyomjelzés esetén, a teljes rendszer (a vizsgált felület és a vele érintkező oldat) összaktivitását meghatározva a szorpciós folyamat során, csekély oldatháttér mellett jelentős szorpciós többletből származó aktivitásnövekmény mérhető. Ez méréstechnikai szempontból azt jelenti, hogy a β-- és 20 keV alatti γ-sugárzás abszorpciója és önabszorpciója miatt, megfelelően kialakított mérőrendszer felhasználásával a detektor csak egy vékony folyadékrétegből származó sugárzást képes érzékelni, azaz csekély az oldatháttér intenzitás értéke. Ha a kontminációs folyamat során a radioaktívan jelzett speciesz feldúsul a vizsgált felületen – vagyis bekerül a detektor
„látóterébe" – a megkötődött mennyiséggel arányos intenzitásnövekmény mérhető. Kis- és közepes energiájú γ-sugárzó izotópokkal történő nyomjelzés esetén a hasznos jel/zaj arányt úgy növelhetjük, hogy megfelelő árnyékolással – és mérőcella kialakítással – egy vékony, homogén oldatréteg intenzitása jelenti a hátteret, miközben a vizsgált specieszek feldúsulása az adszorbens felületén a teljes folyamatosan cirkuláló oldattérfogatból biztosított.
A kontaminációs jelenségek laboratóriumi vizsgálatában alkalmazható in-situ eljárások – a „vékonyréteg" elv technikai megvalósítása szerint – három alcsoportba sorolhatók (lásd III.16. ábra).