RADIONUCLIDE GENERATOR PO-210 BASED ON EXTRACTION-CHROMATOGRAPHIC SR RESIN
RADIONUCLIDE GENERATOR PO-210 BASED ON EXTRACTION-CHROMATOGRAPHIC SR RESIN
Abstract
The article describes the principle of operation of polonium-210 radionuclide generator based on SR Resin chromatographic extraction. It is shown that high selectivity of 4,4'(5')-di-tert-butylcyclohexyl-18-crown-6, the active component of SR Resin, to lead allows purifying the parent nuclide Pb-210 from contaminating impurities and periodically obtaining Po-210 in the form of 7-10 ml of 0.05 M nitric acid solution with the content of alpha-emitting impurities not more than 0.65%. A 3-year experience of operation of the radionuclide generator is described. It is shown that SR Resin is resistant to drying and irradiation, and the loss of lead-210 from the generator over 3 years (6 desorptions) is comparable to the loss due to radioactive decay of lead (not more than 7%) within the error limits.
1. Введение
Полоний-210 с периодом полураспада 138.4 суток является наиболее долгоживущим среди природных изотопов полония и принадлежит к ряду распада U-238. Практическое применение Po-210 остаточно ограничено и включает в себя преимущественно геохимические исследования , , , , производство компактных радиоизотопных источников энергии , относительно короткоживущие полоний-бериллиевые источники нейтронов . Полний-210 характеризуется крайне высокой радитоксичностью: смертельная доза Po-210 для взрослого человека составляет всего 1 мкг , . С этим связан значительный научный интерес в области контроля содержания Po-210 в питьевой воде и пищевых продуктах, который можно увидеть по двукратному росту числа публикаций, касающихся определения активностей полония в природных пробах и оценки связанных с ним рисков для здоровья, в 2010-х годах по сравнению с числом аналогичных публикаций в 2000-х годах , . В свою очередь, для развития аналитических методик необходимо проводить эксперименты непосредственно с полонием, т.к. его химические свойства достаточно сильно отличаются свойств его аналогов .
Существует два основных способа получения полония-210. Первая группа методов основана на облучении природного висмута (Bi-209) в циклотронах или ядерных реакторах с последующим химическим выделением полония из облученного висмута методами дистилляции , хроматографии , или жидкостной экстракции . Соответственно, основной задачей является чистое разделение Po/Bi. В основе второй группы методов лежит естественное накопление полония при распаде материнского нуклида Pb-210 по схеме: Pb-210 (β–, 22.2 года) Bi-210 (β–, 5.012 сут.) Po-210. В этом случае основной радиохимической задачей является получение фракции чистого Pb-210 с последующим выделением из него Po-210. В данной статье описаны принципы работы и практический 3-летний опыт эксплуатации радионуклидного генератора Po-210 на основе экстракционно-хроматографической смолы SR Resin.
2. Экспериментальная часть
Рисунок 1 - Структура 4,4’(5’)-ди-терт-бутилциклогексил-18-краун-6, активного компонента смолы SR Resin
Измерения активности полония-210 проводили на альфа-спектрометре Мультирад-АС (НПП «Доза», Россия) с кремниевым поверхностно-барьерным полупроводниковым детектором 10 см2.
Паспортные характеристики спектрометра:
- Энергетическое разрешение = 40 кэВ.
- Диапазон энергий для альфа-частиц = 2… 9 МэВ.
- Минимальная определяемая активность = 0,1 Бк.
- Диапазон давления в вакуумной камере = 0,4… 2 мм рт. ст.
- Фоновая скорость счета ≤ 100 импульсов в сутки.
Активность гамма-излучателей измеряли на 63×63 NaI(Tl) сцинтилляционном гамма-бета-спектрометре «Атомтех МКС-1315 АТ» (Атомтех, Беларусь).
3. Результаты и обсуждение
Рисунок 2 - Альфа-спектр исходного концентрата РЗЭ
Рисунок 3 - Гамма-спектр исходного концентрата РЗЭ
Рисунок 4 - Гамма-спектр колонки со смолой SR Resin после сорбции свинца-210 и промывки
Рисунок 5 - Выходная кривая десорбции Po-210 из радионуклидного генератора
Рисунок 6 - Расчетные кривые эволюции радионуклидов Pb-210 и Po-210 в изотопном генераторе
Рисунок 7 - Альфа-спектр элюата Po-210, высушенного на латунной кювете
4. Заключение
Таким образом, высокая селективность 4,4’(5’)-ди-терт-бутилциклогексил-18-краун-6, активного компонента смолы SR Resin, к свинцу позволила практически полностью очистить материнский нуклид Pb-210 от примесей актиния-227 и его дочерних продуктов распада, а также периодически получать Po-210 в форме 7-10 мл раствора 0,05 М азотной кислоты с содержанием альфа-излучающих примесей не более 0,65%, что дает возможность изготовления радионуклидного генератора Po-210. Трехлетний опыт эксплуатации генератора высокую устойчивость SR Resin к пересыханию и облучению, а также незначительных потери Pb-210 при вымывании полония. В ходе эксплуатации генератора было установлено, что при элюировании Po-210 из генератора происходит одновременное элюирование короткоживущего бета-излучателя Bi-210, который не мешает проведению экспериментов с полонием.