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Quantifying radioxenon gas releases from a TRIGA research reactor

Michael Lechermann

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Physik

Betreuer*in

Helmuth Böck

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DOI

10.25365/thesis.8763

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29607.62527.135966-8

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Zur Unterstützung des Kernwaffenteststopp-Vertrages (CTBT) befindet sich ein internationales Kontrollsystem (IMS) im Aufbau, das der Erfassung und Lokali-sierung geheimer nuklearer Explosionen dienen wird, sobald der Vertrag in Kraft tritt. Neben Seismik, Hydroakustik und Infraschall wird eine Überwachung von radioaktiven Partikeln und Edelgasen Anwendung finden. Edelgase sind von besonderer Bedeutung für die Identifizierung unterirdischer nuklearer Explosionen, da es äußerst schwierig für einen Vertragsverletzer wäre, diese daran zu hindern in die Atmosphäre einzudringen. Die Radioxenonisotope Xe-131m, Xe-133m, Xe-133 und Xe-135 werden bei Kernspaltung in genügenden Mengen erzeugt und erfüllen erwiesenermaßen die Anforderungen des IMS. Deshalb wurden sie als CTBT-relevant eingestuft und für eine kontinuierliche Überwachung ausgewählt. In letzter Zeit wurden Studien über die Radioxenonabgabe aus Kernkraftwerken und Produktionsanlagen von Radiopharmazeutika veröffentlicht, die Radioxenonabgabe von Versuchsreaktoren wurde jedoch noch nicht untersucht. Diese Arbeit präsentiert eine erste Quantifizierung des Ausstoßes der vier CTBT-relevanten Radioxenonisotope eines TRIGA Versuchsreaktors. Zu diesem Zweck wurde ein mobiler Sampler des Swedish Automatic Unit for Noble gas Acquisition (SAUNA) an das Atominstitut Wien gebracht und auf der Reaktorplattform des TRIGA Mark II Reaktors aufgebaut. Luftproben wurden über dem Reaktorbecken und aus den mit Luft gefüllten Bestrahlungsrohren genommen und an das Labor des Swedish Defence Research Agency (FOI) geschickt, wo sie mittels Beta-Gamma-Koinzidenz ausgewertet wurden. Außerdem wurde die Radioxenonabgabe von hoch angereichertem Uran (93% HEU) während der Bestrahlung in einem Bestrahlungsrohr untersucht. Die vier CTBT-relevanten Xenonisotope Xe-131m, Xe-133m, Xe-133 und Xe-135 konnten mit Aktivitätskonzentrationen von 0.01 bis 1.6*10^4 Bq/m^3 nachgewiesen werden. Darüber hinaus wurde Xe-125 das durch Neutroneneinfang von Xe-124 entsteht, in mehreren Proben gefunden. Sein Anteil gegenüber den oben erwähnten Radioxenonisotopen konnte durch numerische Berechnungen bestätigt werden.

Abstract

(Englisch)

In support of the Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty (CTBT) an International Monitoring System (IMS) is being established that will be used to detect and locate clandestine nuclear explosions once the treaty has come into force. Besides seismic, hydroacoustic and infrasound techniques the verification regime will employ monitoring of radioactive particulates and noble gases. Noble gases are of especial importance to identify underground nuclear explosions, since they are most difficult to prevent from migrating into the atmosphere for a treaty violator. The radioxenon isotopes Xe-131m, Xe-133m, Xe-133 and Xe-135 are sufficiently produced in fission and were proven to fulfill the demands of the IMS. Therefore, they have been classified as CTBT-relevant and selected for continuous monitoring. Recently, studies have been published regarding releases of radioxenons from radiopharmaceutical facilities and nuclear power plants. The radioxenon releases from research reactors, however, have not been studied yet. This work presents a first quantification of releases of the four CTBT-relevant radioxenon isotopes from a TRIGA research reactor. For this purpose a portable field sampler of the Swedish Automatic Unit for Noble gas Acquisition (SAUNA) was shipped to the Atominstitut of Vienna and assembled on the reactor platform of the TRIGA Mark II reactor. Air samples were taken above the reactor pool and from irradiation tubes containing air and shipped to the lab of the Swedish Defence Research Agency (FOI) for analysis using beta-gamma coincidence techniques. Furthermore, radioxenon releases of irradiated highly enriched uranium (93% HEU) were studied separately. The four CTBT-relevant xenon isotopes Xe-131m, Xe-133m, Xe-133 and Xe-135 have been detected with activity concentrations between 0.01 to 1.6*10^4 Bq/m^3. Furthermore Xe-125, formed by neutron capture of Xe-124 in air, was determined to be present in several samples. Its ratio compared to the above mentioned radioxenon isotopes was conform to numerical predictions.

Autor*innen

Michael Lechermann

Haupttitel (Englisch)

Quantifying radioxenon gas releases from a TRIGA research reactor

Paralleltitel (Deutsch)

Quantifizierung der Emissionen von Radioxenongasen aus einem TRIGA Forschungsreaktor

Publikationsjahr

2010

Umfangsangabe

78 S.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Helmuth Böck

Klassifikationen

33 Physik > 33.40 Kernphysik ,

33 Physik > 33.43 Radioaktivität

AC Nummer

AC08046664

Utheses ID

7902

Studienkennzahl

UA | 411 | | |

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