Verfahren zum Prüfen von Jod-Rückhaltefiltern

Abstract

 Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Prüfen von Jod-Rückhaftefiltern kemtechnischer Anlagen unter Verwendung eines radioaktiven Jodisotops in Form von elementarem Jod und/oder Jodverbindungen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man als Jodisotop ¹²³J einsetzt. Das Verfahren läßt sich insbesondere vorteilhaft derart ausführen, daß man das zum Prüfen eingesetzte ¹²³J aus einer mit diesem Isotop beladenen, polymeren, Zwischenschichtmoleküle oder -ionen enthaltenden Schichtverbindung, die gegebenenfalls Interkallationskomplexe mit dem elementaren Jod oder den Jodverbindungen zu bilden vermag, freisetzt.
Die Erfindung beschreibt ebenso ein Prüfpräparat zum Prüfen von Jod-Rückhaltefiltern kemtechnischer Anlagen, enthaltend ein radioaktives Jodisotop in Form von elementarem Jod und/oder Jodverbindungen und ein Trägermaterial, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es als radioaktives Josisotop ¹²³J, adsorbiert an einem aus einer polymeren, Zwischenschichtmoleküle oder-ionen enthaltenden Schichtverbindung, die gegebenenfalls Interkallationskomplexe mit dem elementarem Jod oder den Jodverbindungen zu bilden vermag, bestehenden Trägermaterial enthält.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von Jod-Rückhaltefiltern kerntechnischer Anlagen unter Verwendung eines radioaktiven Jodisotops in Form von elementarem Jod und/oder Jodverbindungen.

[0002] In bestimmten kerntechnischen Anlagen sind zum Schutz der Umgebung vor möglicherweise freigesetztem Spaltjod Jod-Rückhaltefilter vorgesehen. Freigesetztes Spaltjod kann in verschiedenen, luftgetragenen Formen, wie etwa elementarem Jod, Methyljodid oder an Partikel gebundenem Jod, auftreten, deren Anteil an der insgesamt freigesetzten Spaltjodmenge in weiten Bereichen schwankt und von den Bedingungen während der Freisetzung und auf dem Transportweg abhängig ist. Die vorgesehenen Rückhaltefilter müssen gemäß den jeweils geltenden Vorschriften auf ihre Jodrückhaltewirkung wiederkehrend geprüft werden.

[0003] Zur Prüfung dieser Jod-Rückhaltefilter werden derzeit die nachfolgend beschriebenen Verfahren angewendet.

(1) Eine Vor Ort-Prüfung unter Verwendung von mit ¹³¹_J radioaktiv markiertem Methyljodid (CH₃¹³¹J);

(2) eine Vor Ort-Prüfung mit änlageeigenem ¹³¹J; und

(3) Prüfung von Bypaß-Filtern in einem radiochemischen Labor.

[0004] Die Durchführung der Verfahren (1) und (2) erfolgt derart, daß vor und nach dem zu prüfenden Jod-Rückhaltefilter (roh-und reinluftseitig) über Probenahmefilter, die in der Regel Aktivkohle als Sorptionsmaterial enthalten, definierte, das Prüfmittel enthaltende Luftvolumenströme geleitet werden. Die auf den Probenahmefiltern adsorbierten Jodmengen werden danach durch Messung der Radioaktivität des adsorbierten 131J bestimmt. Das Verhältnis der Mengen an ¹³¹_J der roh- und reinluftseitigen Probenahmefilter bestimmt den Abscheidegrad des zu prüfenden Jod-Rückhaltefilters. Beim Verfahren (1) wird als Prüfmittel vor dem Rückhaltefilter im Labor hergestelltes CH₃¹³¹J, beim Verfahren (2) stattdessen das in der kerntechnischen Anlage selbst freigesetzte ¹³¹J eingespeist.

[0005] Das Verfahren (3) kann als Alternative zu den Verfahren (1) und (2) eingesetzt werden. Hierbei wird aus einem dem zu prüfenden Jod-Rückhaltefilter zugeordneten Bypaß-Filter Sorptionsmaterial entnommen und in einem radiochemischen Labor auf seinen Abscheidegrad hin geprüft. Als Prüfmittel wird hierbei ebenfalls CH₃¹³¹J verwendet.

[0006] Die Verfahren (1) bis (3) besitzen jedoch eine Reihe von Nachteilen.

[0007] Das bei allen genannten Verfahren verwendete Jodisotop ¹³¹J stellt ein hohes radiologisches Gefahrenpotential dar. Für die meisten Jodfilteranlagen ist eine Prüfmittelaktivität für das eingesetzte ¹³¹J im Bereich von 0,01 bis 0,1 Ci erforderlich. Für ¹³¹J in der Abluft gibt es jedoch eine eigene Abgabegenehmigung, die je nach Standort der kern-technischen Anlage bei ca. 0,5 Ci liegt. Bei den Vor Ort-Prüfverfahren (1) und (2) kann somit der Betrieb der kerntechnischen Anlage durch zusätzliche ¹³¹J-Abgaben an die Umgebung während der Prüfung erheblich beeinträchtigt werden. Um das Verfahren (1) durchführen zu können, wird das leichtflüchtige CH₃¹³¹J üblicherweise in Druckflaschen zur kerntechnischen Anlage transportiert, wobei dieser Transport ebenfalls ein hohes radiologisches Gefahrenpotential bedeutet. Gasförmiges CH₃¹³¹J ist bei der Einspeisung in die Rohluftseite des Jod-Rückhaltefilters relativ schlecht zu dosieren. Die Prüfergebnisse sind somit nicht immer reproduzierbar und zum Teil nicht deutbar. Ein schwerwiegender Nachteil der Verfahren (1) bis (3) besteht darin, daß bei der Prüfung nicht zwischen a_nlag_eeigenem ¹³¹J und vom Prüfmittel stammendem ¹³¹J unterschieden werden kann. Dies kann ebenfalls die Meßergebnisse erheblich verfälschen. Weiterhin führt bei geringen ¹³¹J-Konzentrationen in der Rohluftseite des zu prüfenden Rückhaltefilters die Prüfung zu keiner definierten Bestimmung des Abscheidegrades. Schließlich ist beim Verfahren (3) eine Aussage über den Abscheidegrad des zu prüfenden Jod-Rückhaltefilters nur bedingt möglich, da der Abscheidegrad der Jod-Rückhaltefilter von mehreren Faktoren abhängig ist. Verfälschungen der Meßergebnisse sind insbesondere dadurch zu erwarten, daß die Jod-Rückhaltefilterund die Bypaß-Filter eine unterschiedliche Schüttung des Sorptionsmaterials aufweisen, daß durch Rückhaltefilter und Bypaß-Filter unterschiedliche Luftvolumenstrommengen gehen und daß Rückhaltefilter und Bypaß-Filter unterschiedliche Geometrien und Bettiefen aufweisen.

[0008] Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es deshalb, ein neues Verfahren zum Prüfen von Jod-Rückhaltefiltern kerntechnischer Anlagen zur Verfügung zu stellen, das die oben genannten Nachteile der zur Zeit eingesetzten Verfahren überwindet, bei dem insbesondere der Betrieb der kerntechnischen Anlage nicht beeinträchtigt wird und das eine eindeutige Bestimmung des Abscheidegrades des Jod-Rückhaltefilters ermöglicht.

[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß man als Jodisotop ¹²³J einsetzt.

[0010] Ein bedeutender Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß das erfindungsgemäß eingesetzte ¹²³_J gegenüber dem bislang verwendeten ¹³¹J aufgrund der unterschiedlichen Zerfallseigenschaften ein wesentlich geringeres radiologisches Gefahrenpotential bedeutet. Dies ist beispielsweise auch daran zu sehen, daß für pharmazeutische Zwecke und medizinische Untersuchungen, bei denen radioaktive Substanzen erforderlich sind, 123J bevorzugt Verwendung findet.

[0011] Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der Betrieb der kerntechnischen Anlage während der Prüfung der Jod-Rückhaltefilter nicht beeinträchtigt wird, da es für ¹²³J keine eigene Abgabegenehmigungen gibt. Bei den bisherigen Prüfverfahren unter Verwendung von ¹³¹J kann eine solche Beeinträchtigung nicht völlig ausgeschlossen werden, da es durchaus möglich erscheint, daß bei einer auftretenden Störung durch bei der Prüfung zusätzlich freigesetztes ¹³¹J die genehmigungspflichtige A_bga_begrenze für ¹³¹J in der Abluft überschritten wird und der Betrieb der Anlage vorschriftsgemäß unterbrochen werden muß, wodurch immense Unkosten entstehen.

[0012] Das erfindungsgemäß eingesetzte ¹²³J, das zu den sog. β⁺-Strahlern gehört, wird in einer Kernspaltungsanlage nicht gebildet. Somit ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine eindeutige Bestimmung des Abscheidegrades der Jod-Rückhaltefilter möglich, da die Meßergebnisse durch Jodisotope, die in der kerntechnischen Anlage selbst gebildet werden und sich bereits auf dem Rückhaltefilter befinden, nicht verfälscht werden .

[0013] Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich insbesondere dadurch vorteilhaft durchführen, indem man das zum Prüfen eingesetzte ¹²³ J in Form von elementarem Jod und/oder Jodverbindungen aus einer mit diesem Isotop beladenen, polymeren, Zwischenschichtmoleküle oder -ionen enthaltenden Schichtverbindung, die gegebenenfalls Interkallationskomplexe,mit dem elementaren Jod oder den Jodverbindungen zu bilden vermag, freisetzt. Bevorzugt setzt man das eingesetzte ¹²³J aus einem mit diesem Isotop beladenen Interkallationskomplex eines Schichtsilikates mit anorganischen und/oder organischen Zwischenschichtkationen frei. Hierfür geeignete Schichtsilikate, die Interkallationskomplexe zu bilden vermögen, kommen als natürliche Tonminerale vor. Insbesondere ist es erfindungsgemäß bevorzugt, das eingesetzte ¹²³J aus einem mit diesem Isotop beladenen Interkallationskomplex eines Onium-Schichtsilikates freizusetzen. Als Onium-Ionen kommen beispielsweise solche von Elementen der V. und VI. Hauptgruppe des Periodensystems in Frage, wie etwa Ammonium, Phosphonium, Stibonium und dgl.. Als Interkallationskomplexe von Onium-Schichtsilikaten eignen sich ganz besonders Interkallationskomplexe von Onium-Montmorilloniten.

[0014] Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt man das eingesetzte ¹²³J aus einem mit diesem Isotop beladenen Interkallationskomplex frei, der als Zwischenschichtkationen H .aq.⁺- und/oder NR₄+-Ionen enthält, wobei R eine substituierte oder unsubstituierte, verzweigt- oder geradkettige Alkylgruppe mit beispielsweise 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, eine substituierte oder unsubstituierte, verzweigt- oder geradkettige Hydroxyalkylgruppe mit beispielsweise 1 bis 20 Kohlenstoffatomen oder eine substituierte oder unsubstituierte, verzweigt-oder geradkettige Alkoxygruppe mit beispielsweise 1 bis 20 Kohlenstoffatomen bedeutet und wobei die Reste R gleich oder voneinander verschieden sein können. Eine besonders geeignete Gruppe von Substituenten für die Reste R sind hierbei Polyalkylenglykol-, insbesondere Polyethylenglykolreste.

[0015] Das Binden des ¹²³J an einer polymeren Schichtverbindung wie oben beschrieben, ist mit mehreren Vorteilen verbunden. Man erhält hierbei eine inhärent sichere Transportform für das erfindungsgemäß eingesetzte ¹²³J, da die genannten polymeren Schichtverbindungen Feststoffe sind. Die Verwendung von Druckflaschen für den Transport des Prüfmittels in der Anlage wie beim bisherigen Verfahren (1) erforderlich, kann somit entfallen. Weiterhin ist das ¹²³J aus der polymeren Schichtverbindung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens leicht und definiert freisetzbar, beispielsweise durch Temperaturerhöhung auf die jeweilige Freisetzungstemperatur oder auch durch Aufgabe von Druck.

[0016] Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ebenfalls ein Prüfpräparat zum Prüfen von Jod-Rückhaltefiltern kerntechnischer Anlagen, enthaltend ein radioaktives Jodisotop in Form von elementarem Jod und/oder Jodverbindungen und ein Trägermaterial, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es als radioaktives Jodisotop ¹²³J, adsorbiert an einem aus einer polymeren, Zwischenschichtmoleküle oder -ionen enthaltenden Schichtverbindung, die gegebenenfalls Interkallationskomplexe mit dem elementarem Jod oder den Jodverbindungen zu bilden vermag, bestehenden Trägermaterial enthält.

[0017] Bevorzugt enthält das Prüfpräparat als polymere Schichtverbindung einen Interkallationskomplex eines Schichtsilikates mit anorganischen und/oder organischen Zwisehenschichtkationen. Insbesondere ist es bevorzugt, daß es als Interkallationskomplex ein Onium-Schichtsilikat, am meisten bevorzugt einen Onium-Montmorillonit, enthält.

[0018] Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält es einen Interkallationskomplex, der als Zwischenschichtkationen H-aq.⁺- und/oder NR₄+-Ionen enthält, wobei R eine substituierte oder unsubstituierte, verzweigt- oder gerad- kettige Alkyl-, substituierte oder unsubstituierte, verzweigt- oder geradkettige Hydroxyalkyl oder eine substituierte oder unsubstituierte, verzweigt- oder geradkettige Alkoxygruppe bedeutet und wobei die Reste R gleich oder verschieden voneinander sein können.

[0019] Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der beiliegenden Zeichnung, die ein vereinfachtes Fließdiagramm einer Jod-Rückhaltefilterprüfung zeigt, näher erläutert.

[0020] In der Zeichnung ist das zu prüfende Jod-Rückhaltefilter mit 1 bezeichnet. Die Durchführung der Prüfung erfolgt wie nachstehend beschrieben.

[0021] über den rohluftseitigen Probenahmefilter 2 bzw. reinluftseitigen Probenahmefilter 3 werden mittels der Pumpen 4 und 5 definierte Luftvolumenströme geleitet, um die Meßvorrichtung für die Prüfung vorzubereiten. Die Durchflußmeßgeräte 6 und 7 dienen zur Justierung der Volumenströme; die Gasuhren 8 und 9 zur integralen Messung des Volumendurchsatzes. Nach erfolgter Justierung der Meßvorrichtung wird aus dem Probeaufgabebehälter 10, in dem sich das Prüfpräparat befindet, durch Erwärmen und/oder Druckaufgabe ¹²³J aus dem Prüfpräparat freigesetzt. Die freizusetzende Menge wird durch den Temperaturverlauf während der Erwärmung und/oder die Höhe des aufgegebenen Druckes bestimmt. Das freigesetzte ¹²³J wird mittels eines Trägergases in den rohluftseitigen Kanal des Jod-Rückhaltefilters eingebracht. Die Sammlung von Probenahmeströmen über die Probenahmefilter 2 und 3, in welchen sich Jod-Sorptionsmaterialien befinden, erfolgt über einen definierten Zeitraum. Die auf den Probenahmefiltern 2 und 3 adsorbierten Jodmengen werden danach durch Messung der Radioaktivität des adsorbierten ¹²³J bestimmt. Das Verhältnis der Menge an ¹²³J von rohluftseitigem und reinluftseitigem Probenahmefilter bestimmt den Abscheidegrad des zu prüfenden Rückhaltefilters.

[0022] Das nachfolgende Beispiel erläutert die Erfindung.

Beispiel

[0023] An verschiedenen ^Onium-Montmorilloniten wurde ¹²³J in Form von elementarem Jod adsorbiert. Der verwendete Montmorillonit stammt aus der Gruppe Schwaiba in Niederbayern und kann durch folgende Formel wiedergegeben werden:

als Zwischenschichtkationen finden sich hier Calcium-Ionen; x für den Eisengehalt liegt unter 0,30.

[0024] Die Onium-Montmorillonite wurden über Kationenaustauschreaktion hergestellt, wobei folgende Kationen (als Ammoniumchloride vorliegend) verwendet wurden:

(1) N-(n-Hexadecyl)-N,N,N-trimethyl-ammonium

(2) N-(Polyethylenglykol) _x-N-(polyethylenglykol) _y-N-(n-alkyl)-N-methyl-ammonium;

bei der n-Alkylgruppe handelt es sich um ein Gemisch mit folgender Zusammensetzung:

n-Dodecyl,C₁₂H₂₅ ^{ca. 5} %,

n-Tetradecyl, C₁₄H₂₉ ca. 5 %,

n-Hexadecyl, C₁₆H₃₃ ^{ca. 25} %,

n-Octadecyl, C₁₈H₃₇ ^ca. ⁶5 %

(3) N-(Polyethylenglykol)_x-N-(polyethylenglykol)_y-N-(n-alkyl)-N-methyl-ammonium;

bei der n-Alkylgruppe handelt es sich um ein Gemisch mit folgender Zusammensetzung:

n-Octyl, C₈H₁₇ ca. 7 %,

n-Decyl, C₁₀H₂₁ c^{a. 6} %,

n-Dodecyl, C₁₂H₂₅ ca. 51 %,

n-Tetradecyl, C₁₄H₂₉ ca. ¹9 %,

n-Hexadecyl, C₁₆H₃₃ ca. 8%, und

n-Octadecyl, C₁₈H₃₇ ^{ca. 9} %.

(4) N,N-di-(n-Alkyl)-N-(2-hydroxy-n-propyl)-N-methylammonium bei der n-Alkylgruppe handelt es sich um ein Gemisch aus:

n-Tetradecyl, C₁₄H₂₉ ca. 5 %,

n-Hexadecyl, C₁₆H₃₃ ca. 25 %, und

n-Octadecyl, C₁₈H₃₇ ^{ca. 65} %.

(5) N-(t-Butyl)-N,N-di-(2-hydroxyethyl)-ammonium

(6) N-(n-Octadecyl)-N-(2-hydroxyethyl)-N,N-dimethyl- ammonium

[0025] Die Adsorption von ¹²³J in Form von elementarem Jod an den unter Verwendung der Kationen (1) bis (6) hergestellten Onium-Montmorilloniten erfolgte bei 100°C.

[0026] Die Freisetzungstemperaturen für das adsorbierte Jod für die einzelnen Onium-Montmorillonite sind in nachstehender Tabelle gezeigt:

[0027] Die Ergebnisse in oben stehender Tabelle zeigen, daß in der Regel über 90 % des adsorbierten ¹²³J aus den aufgeführten Onium-Montmorilloniten wieder freisetzbar ist.

[0028] Das zum Prüfen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte ¹²³J kann sowohl in Form von elementarem Jod als auch in Form von Jodverbindungen verwendet werden. Als Jodverbindungen eignen sich insbesondere Alkyljodide, wie Methyl- oder Ethyljodid.

Ansprüche

1. Verfahren zum Prüfen von Jod-Rückhaltefiltern kerntechnischer Anlagen unter Verwendung eines radioaktiven Jodisotops in Form von elementarem Jod und/oder Jodverbindungen, dadurch gekennzeichnet , daß man als Jodisotop ¹²³J einsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß man das zum Prüfen eingesetzte ¹²³J aus einer mit diesem Isotop beladenen, polymeren, Zwischenschichtmoleküle oder -ionen enthaltenden Schichtverbindung, die gegebenenfalls Interkallationskomplexe mit dem elementaren Jod oder den Jodverbindungen zu bilden vermag, freisetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn- zeichnet, daß man das eingesetzte ¹²³J aus einem mit diesem Isotop beladenen Interkallationskomplex eines Schichtsilikates mit anorganischen und/oder organischen Zwischenschichtkationen freisetzt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn- zeichnet, daß man das eingesetzte ¹²³J aus einem mit diesem Isotop beladenen Interkallationskomplex eines Onium-Schichtsilikates freisetzt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß man das eingesetzte ¹²³J aus einem mit diesem Isotop beladenen Interkallationskomplex eines Onium-Montmorillonites freisetzt.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß man das eingesetzte ¹²³J aus einem mit diesem Isotop beladenen Interkallationskomplex freisetzt, der als Zwischenschichtkationen H . aq.+- und/oder NR₄⁺- Ionen enthält, wobei R eine substituierte oder unsubstituierte, verzweigt- oder geradkettige Alkyl-, substituierte oder unsubstituierte, verzweigt- oder geradkettige Hydroxyalkyl- oder substituierte oder unsubstituierte, verzweigt- oder geradkettige Alkoxygruppe bedeutet und wobei die Reste R gleich oder verschieden voneinander sein können.

7. Prüfpräparat zum Prüfen von Jod-Rückhaltefiltern kerntechnischer Anlagen, enthaltend ein radioaktives Jodisotop in Form von elementarem Jod und/oder Jodverbindungen und ein Trägermaterial, dadurch gekennzeich- net , daß es als radioaktives Jodisotop ¹²³J, adsorbiert an einem aus einer polymeren, Zwischenschichtmoleküle oder -ionen enthaltenden Schichtverbindung, die gegebenen. falls Interkallationskomplexe mit dem elementaren Jod oder den Jodverbindungen zu bilden vermag, bestehenden Trägermaterial enthält.

8. Prüfpräparat nach Anspruch 7, dadurch gekenn-zeichnet, daß es als polymere Schichtverbindung einen Interkallationskomplex eines Schichtsilikates mit anorganischen und/oder organischen Zwischenschichtkationen enthält.

9. Prüfpräparat nach Anspruch 7 und/oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß es als Interkallationskomplex ein Onium-Schichtsilikat enthält.

10. Prüfpräparat nach Anspruch 9, dadurch gekenn- zeichnet, daß es als Interkallationskomplex einen Onium-Montmorillonit enthält.

11. Prüfpräparat nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Interkallationskomplex enthält, der als Zwischenschichtkationen H t aq⁺- und/oder NR₄⁺-Ionen enthält, wobei R eine substituierte oder unsubstituierte, verzweigt- oder geradkettige Alkyl-, substituierte oder unsubstituierte, verzweigt- oder geradkettige Hydroxyalkyl-oder substituierte oder unsubstituierte, verzweigt- oder geradkettige Alkoxygruppe bedeutet und wobei die Reste R gleich oder verschieden voneinander sein können.

Zeichnung