Determinazione radiochimica dello Sr 90

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1 Determinazione radiochimica dello Sr 90 Lo Sr 90 è uno dei più diffusi e pericolosi prodotti di fissione dell'u 235 e riveste una tale importanza radioprotezionistica da richiedere metodi selettivi di determinazione. Un metodo analitico di largo uso nei laboratori di radioprotezione prevede un attacco acido della matrice, la successiva separazione degli elementi del 1 e 2 gruppo (alcalini e alcalinoterrosi) mediante resine a scambio cationico, l'isolamento dell' Y 90 all'equilibrio con lo Sr 90, mediante la doppia precipitazione del suo idrossido e la determinazione radiometrica di quest'ultimo Resa chimica di estrazione dello Sr 90 L'elevato numero di manipolazioni chimiche a cui viene generalmente sottoposto il campione da analizzare rende necessario determinare ogni volta la resa chimica di estrazione dello Sr. Pertanto, all'inizio del trattamento chimico, il campione viene tracciato con Sr stabile in quantità comprese fra 150 e 250 mg. Per ogni campione si prepara un bianco contenente la stessa quantità di Sr stabile; lo Sr presente in tale soluzione, a fine analisi, viene analizzato per spettrofotometria ad assorbimento atomico insieme a quello rimasto nel campione; ciò consente di stimare per confronto la resa chimica di separazione. Se D i è il risultato della determinazione dello Sr stabile inizialmente aggiunto al campione e è quello della determinazione finale, la resa chimica R di estrazione in %, sarà: D f R = 100. D f /D i (1) L'errore associato alla resa chimica R è calcolabile effettuando una serie di n determinazioni di D i e D f, determinando le rispettive medie e le relative varianze ed applicando, infine, la formula di propagazione degli errori Stima dell'attività di Sr 90 E' noto che, se al momento del suo isolamento l'y 90 è in equilibrio con lo Sr 90, le rispettive attività sono uguali; tuttavia, per motivi di organizzazione del lavoro, non sempre è possibile attendere che fra i due si stabilisca l'equilibrio prima della separazione; in questi casi è possibile normalizzare all'equilibrio l'attività dell'y 90 utilizzando opportuni fattori correttivi che tengono conto del fenomeno della crescita; tali fattori, nella considerazione che il tempo di dimezzamento dello Sr 90 è molto più grande di quello dell'y 90, sono valutati mediante la relazione : ß = (1 - e -0,693 t/t 1/2 ) (2) ß = fattore di crescita dell'y 90 ; t = intervallo di tempo intercorso fra la prima e la seconda precipitazione, espresso in ore;

2 t 1/2 = tempo di dimezzamento dell'y 90 (64 h). In tabella 1 sono riportati alcuni valori di ß espressi in %. Tabella 1 Percentuale di crescita dell'y 90 t ß (giorni) (%) , Una volta preparata la sorgente contenente l'y 90, bisogna seguirne il decadimento mediante conteggi a tempi prefissati ed estrapolare all'ora della 2ª precipitazione (tempo zero) i risultati ottenuti. La pratica del laboratorio prevede che per ogni campione vengano effettuati cinque conteggi per un tempo sufficientemente lungo a registrare almeno 100 impulsi; due di questi devono essere effettuati con t > 64 h ( t = intervallo di tempo, espresso in ore, intercorso fra la 2ª precipitazione e il conteggio). I risultati delle intensità di conteggio, al netto del fondo, vanno riportati su carta semilogaritmica in funzione di t; si traccia, quindi, la migliore retta che interpola i risultati tenendo conto delle loro deviazioni standard al livello di confidenza P e si verifica la purezza dell'y 90 misurato accertandosi che il valore estrapolato a t = 0 si dimezzi per t = 64 h. Soddisfatta l'esigenza di verifica della purezza dell'y 90, i valori delle cinque intensità di conteggio, al netto del fondo, vengono estrapolati a t=0 mediante la relazione : N i(t0) = N i. e 0,693 t/t 1/2 (cps) (3) N i(t0) = intensità di conteggio netto estrapolata al tempo zero, espressa in cps;

3 N i = intensità di conteggio netto misurata, espressa in cps; t = intervallo di tempo intercorso fra la 2ª precipitazione e il conteggio dell'y 90, espresso in ore; t 1/2 = vita media dell'y 90, espressa in ore. Viene poi calcolato il valore medio pesato NM (t0) delle intensità di conteggio estrapolate al tempo zero, mediante la: W i. N i(t0) NM (t0) = (cps) (4) W i nella quale W i è il fattore peso e corrisponde all'inverso della varianza dell'i-esima misura: W i = 1/ (σ c ) 2 (5) Si valuta quindi la deviazione standard del valore medio pesato, σ NM(t0), allo stesso livello di confidenza delle varianze dei singoli conteggi con la relazione : σ NM(t0) = ± (1/ W i ) (6) Infine, viene stimata l'attività A di Sr 90, presente nel campione, nel seguente modo: A = NM (t0). 100/ε. 100/R. 100/ß. 1000/q ovvero: A = NM (t0) /(ε. R. ß. q) (Bq/l o kg) (7) ε = efficienza del contatore beta in %; R = resa chimica di estrazione dello Sr 90 in %; ß = frazione %-le di Y 90 isolata al momento della seconda precipitazione; q = quantità di campione analizzata, in g o cc. 3.- Valutazione dell'errore L'errore totale da associare alla misura di Sr 90, al livello di confidenza P, espresso in %, è valutato mediante la relazione: σa = ±100. [(σ ε /ε) 2 +(σ NM(t0) /NM (t0) ) 2 +(σ Di /D i ) 2 +(σ Df /D f ) 2 ] (%) (8) σ ε = deviazione standard del valore medio dell'efficienza all'energia max dell'y 90, al livello di probabilità P;

4 σ NM(t0) = deviazione standard del valore medio delle intensità di conteggio estrapolate al tempo zero, al livello di probabilità P; σ Di = deviazione standard della determinazione iniziale di Sr stabile, al livello di probabilità P; σ Df = deviazione standard della determinazione finale di Sr stabile, al livello di probabilità P. 4.- Esempio di stima dell'attività di Sr 90 e del suo errore associato Siano noti i seguenti parametri : - efficienza (ε) del contatore beta = (26±2) % ; - fondo (F) della catena di conteggio =120 cp in 30 minuti di misura; - determinazione iniziale (Di) di Sr stabile = 168 mg ± 1,5 % ; - determinazione finale (Df) di Sr stabile = 140 mg ± 1,5 % ; - Y 90 isolato al momento della 2ª precipitazione (ß) =100 % ; - quantità (q) di campione analizzato = 1000 cc ; - intensità (C) dei conteggi lordi registrati ai relativi t, in 30 minuti di misura, come da sottostante specchietto riassuntivo in cui, per comodità, i conteggi sono espressi in cpm anziché in cps: Soluzione : t C (h) (cpm) 22, mediante la (5) e con un fattore di Student pari a 2,58 derivante da (j-1) = e P = 99 % (vedi Tab. 1), calcolare per ogni valore di C la deviazione standard σ C. - Riportare su carta semilogaritmica le intensità di conteggio nette N i e il relativo errore σ C in funzione di t e verificare se è possibile interpolare le intensità di conteggio, tenendo conto dei relativi intervalli di confidenza, con una retta avente pendenza corrispondente a un tempo di dimezzamento di 64 h. - Utilizzando la (3) calcolare, per ogni valore di N i, il corrispondente valore di N i(t0) ; si otterranno in tal modo i risultati riassunti nel sottostante specchietto: t N i σ C N i(t0) σ C(t0) (h) (cpm) (cpm) 22, , ,2

5 , facendo uso della (4), trovare il valore medio pesato delle 5 intensità di conteggio estrapolate al tempo zero (NM (t0) ) e, utilizzando la (6), il corrispondente σ NM(t0) ; si otterrà così: e NM (t0) = 7552 cpm = cps σ NM(t0) = ± 27 cpm = ± 0.45 cps - Mediante la (1) la resa di estrazione dello Sr 90 risulta: R 83 %. - Valutare σ A con la (8): σ A = ±100 [(2/26) 2 +(27/7552) 2 +(1,5/100) 2 +(1,5/100) 2 ] = ± 8 % - L'attività di Sr 90 stimata nel nostro campione sarà, secondo la (7): A = = 583 ± 8 % (Bq/l) 5.- Stima dell'attività minima rivelabile Data la breve vita media dell'y 90, il suo minimo conteggio rilevabile risulta essenzialmente influenzato dall'intervallo di tempo che intercorre fra il momento della 2ª precipitazione e quello dei conteggi. Di solito, a bassi livelli di attività, possono verificarsi due differenti situazioni : 1ª) il residuo analizzato non da nessun conteggio significativamente diverso dal fondo; in tal caso viene stimata l' LDA di Sr 90 in quel campione mediante la relazione: (LR/T). exp(0,693 t/t 1/2 ) LDA (Bq/l o kg) (9) ε. R. β. q 2ª) Solo alcuni conteggi, su un minimo di cinque effettuati per apprezzare il dimezzamento dell'y 90, hanno dei valori significativamente diversi dal fondo; si decide arbitrariamente, in questi casi, di addebitare all'y 90 i valori riscontrati, anche se non è possibile verificarne il decadimento.

6 Tale decisione è determinata dalla constatazione che se anche si addebitasse allo Sr 90 l'attività di un altro beta emettitore, visto la bassa attività in gioco, il giudizio radioprotezionistico non dovrebbe risultarne influenzato e comunque lo sarebbe in maniera cautelativa; tuttavia, in casi ritenuti degni di attenzione è sempre possibile ripetere l'analisi partendo da maggiore quantità di campione.