12.3. Радиохимическое выделение изотопов урана

Природный уран состоит из трех изотопов, однако в значимых количествах в природных водах и других объектах окружающей среды доминируют, как правило, ²³⁸U и ²³⁴U.

В применяемой в данных Рекомендациях схеме анализа предусмотрено два варианта выделения, очистки и измерения активности изотопов урана.

12.3.1. По первому варианту с использованием радиометра типа УМФ-2000 определяют ²³⁸U. Определение ²³⁸U производят по дочернему ²³⁴Th. Выделение ²³⁴Th основано на соосаждении его с оксалатом иттрия. Для этого в раствор, оставшийся после электрохимического осаждения на никелевом диске ²¹⁰Po и ²¹⁰Bi (раствор 4), вносят хлористый иттрий (около 60 мг в расчете на Y₂O₃). Для разрушения лимонной и аскорбиновой кислот раствор упаривают в стакане, закрытом часовым стеклом, до влажных солей, добавляя по 10 - 15 мл смеси концентрированных соляной и азотной кислот в объемном соотношении 1:1. Операцию повторяют 3 - 5 раз.

Влажные соли обрабатывают несколько раз концентрированной HCl для удаления HNO₃. Остаток растворяют в 100 мл 1н HCl, нагревают до кипения. Нерастворимый осадок отфильтровывают, используя обеззоленный фильтр "белая лента" диаметром 12,5 см и отбрасывают. К фильтрату добавляют 10 мл насыщенного раствора щавелевой кислоты и аммиаком доводят pH до 1,5. Раствор с осадком оксалата иттрия (тория) охлаждают, оставляют на 1 - 2 часа, затем осадок отфильтровывают через обеззоленный фильтр "синяя лента" диаметром 12,5 см, промывают дистиллированной водой и отбрасывают. Записывают время фильтрования (это время отделения ²³⁴Th от ²³⁸U). К оставшемуся фильтрату добавляют смесь HCl (30 мл) и HNO₃ (30 мл) и упаривают до влажных солей. Операцию повторяют 2 - 3 раза до полного разложения щавелевой кислоты. Влажные соли обрабатывают несколько раз концентрированной HCl для удаления HNO₃. Остаток растворяют в 30 мл 2н HCl, разбавляют дистиллированной водой до 80 мл, нагревают, приливают 10 мл 10% раствора (NH₄)₂CO₃, устанавливают pH = 8 - 9 с помощью раствора NH₄OH, отфильтровывают выпавший осадок через фильтр "белая лента", промывают 2% раствора углекислого аммония. Осадок отбрасывают. К фильтрату, содержащему растворимый карбонатный комплекс , осторожно приливают смесь HNO₃ и HCl (1:1), закрывают часовым стеклом и кипятят до разрушения аммонийных солей (операцию необходимо повторить 2 - 4 раза). Удаление HNO₃ проводят обработкой влажных солей концентрированной HCl. Влажные соли растворяют в 30 - 50 мл 2н HCl, разбавляют дистиллированной водой до 100 мл и оставляют на накопление ²³⁴Th (время накопления ²³⁴Th с учетом его периода полураспада не должно быть менее 24 дней). После накопления ²³⁴Th в фильтрат повторно вносят хлористый иттрий, раствор кипятят 20 - 30 минут, после чего проводят вторичное осаждение оксалата иттрия (тория) указанным выше способом. Выделенный осадок оксалата прокаливают при температуре 800 - 900 °C. Окись иттрия растирают до состояния пудры, взвешивают и наносят на подложку для измерения -активности препарата.

Измерение активности ²³⁴Th в приготовленном счетном образце и определение удельной активности ²³⁸U в пробе воды выполняют в соответствии с п. 13.6.

12.3.2. По второму варианту определяют ²³⁸U и ²³⁴U. Метод основан на хроматографическом разделении изотопов урана и тория анионитом ЭДЭ-10П (или другим полифункциональным низкоосновным анионитом конденсационного типа) с последующим -спектрометрическим определением активности радионуклидов [2].

В данном случае для определения химического выхода урана и тория на начальном этапе анализа в пробу вводят изотопные индикаторы, в качестве которых используют ²³²U и ²³⁴Th. Активность вносимого ²³²U не должна превышать ожидаемых в пробе воды активностей ²³⁸U и ²³⁴U более чем в 5 - 10 раз. Как правило, в пробу вносят 0,2 - 0,3 Бк ²³²U. Количество вносимого ²³⁴Th не должно быть менее 50 Бк/пробу. Для приготовления контрольного раствора изотопного индикатора ²³⁴Th используют методику, приведенную в МВИ "Методика выполнения измерений объемной активности изотопов тория (232, 230, 228) в природных водах -спектрометрическим методом с радиохимической подготовкой" (Приложение 7, пункт 7).

Раствор, оставшийся после выделения из него ²¹⁰Po и ²¹⁰Bi (раствор 4), упаривают до 20 - 30 мл, добавляют 10 мл смеси концентрированных HCl и HNO₃ (объемное соотношение 1:1), закрывают часовым стеклом и кипятят до образования влажных солей. Операцию повторяют несколько раз до полного разложения органических веществ (в основном лимонной и аскорбиновой кислот). Влажные соли обрабатывают концентрированной HCl до удаления HNO₃, растворяют в 50 мл 8 н HCl и пропускают раствор через колонку диаметром 10 мм с 15 мл анионообменной смолы ЭДЭ-10П со скоростью 1 мл/мин. Затем через колонку пропускают 70 мл 8 н HCl. Объединенные элюаты (раствор 5), содержащие изотопы тория, оставляют для дальнейшего определения этих радионуклидов.

Изотопы урана элюируют с колонки 0,5 н HCl. Объем элюата должен составлять 100 - 150 мл, что обеспечивает полноту десорбции урана. Полученный раствор упаривают до 10 - 20 мл, приливают 10 мл 10% раствора углекислого аммония, устанавливают pH = 8 - 9 с помощью раствора аммиака, нагревают до коагуляции осадка, затем отфильтровывают осадок через фильтр "белая лента", промывают 5 мл 2% раствора углекислого аммония. Далее проводят переосаждение осадка Fe(OH)₃ для более полного отделения изотопов урана от мешающих элементов. Для этой цели отфильтрованный и промытый осадок Fe(OH)₃ растворяют в 20 мл 0,5 н HCl и повторяют процесс осаждения Fe(OH)₃ в присутствии раствора карбоната аммония. К объединенным фильтратам, содержащим растворимый карбонатный комплекс , осторожно приливают смесь HNO₃ и HCl (1:1), закрывают часовым стеклом и кипятят до разрушения аммонийных солей (операцию необходимо повторить 2 - 4 раза). Удаление HNO₃ проводят обработкой влажных солей концентрированной HCl. К полученному сухому остатку добавляют 10 см³ 0,5 н HNO₃ и нагревают. К полученному раствору прибавляют 5 см³ 1% раствора трилона Б, 1 см³ насыщенного (NH₄)₂C₂O₄ и 1 см³ 25% NH₄Cl. Доводят аммиаком pH до 9, переносят в электролитическую ячейку, стакан обмывают 5 см³ дистиллированной воды. Промывные воды также переносят в электролитическую ячейку.

Электролиз проводят при силе тока 2 А в течение 0,5 часа. В ходе электролиза контролируют pH раствора, поддерживая его на уровне 9. За минуту до окончания электролиза в раствор добавляют 1 мл раствора аммиака. Разбирают ячейку, вынимают мишень (диск из нержавеющей стали), промывают этиловым спиртом и прокаливают на спиртовке до слегка желтого цвета. Полученный препарат является счетным образцом для измерения активности изотопов урана на -спектрометре.

Примечание:

для дезактивации использованные диски кипятят в течение 1 часа в 0,5 н HNO₃, промывают проточной водой, очищают содой и обрабатывают тонкой наждачной бумагой, промывают дистиллированной водой, затем этиловым спиртом или ацетоном. Скорость счета от диска, измеренная на соответствующей аппаратуре, не должна превышать фоновых значений, в противном случае очистку повторяют.

12.3.3. При отсутствии альфа-спектрометра для определения удельной активности ²³⁸U и ²³⁴U готовят два счетных образца согласно пп. 12.3.1, 12.3.2 Рекомендаций. Толстослойный счетный образец, приготовленный в соответствии с п. 12.3.1 Рекомендаций используют для определения активности ²³⁸U по дочернему ²³⁴Th. Измерение активности ²³⁴Th в приготовленном счетном образце и определение удельной активности ²³⁸U в пробе воды выполняют в соответствии с п. 13.6 Рекомендаций.

Тонкослойный счетный образец, приготовленный в соответствии с п. 12.3.2 Рекомендаций, содержит соединения обоих альфа-излучающих изотопов урана: ²³⁸U и ²³⁴U. Измерение суммарной активности (²³⁸U, ²³⁴U) и определение их суммарной удельной активности выполняют в соответствии с п. 13.6 Рекомендаций. Удельную активность ²³⁴U рассчитывают вычитанием удельной активности ²³⁸U из суммарной удельной активности (²³⁸U, ²³⁴U).