(Umwelt-) Tracer Anwendungen

(Umwelt-) Tracer Anwendungen

• Anthropogene Radionuklide, inklusive den Aktiniden sowie Spalt- (⁹⁹Tc, ¹³⁵Cs, ¹²⁹I) und Aktivierungsprodukte (¹⁴C, ³⁶Cl, ⁴¹Ca) bieten einzigartige Möglichkeiten Transportprozesse in der Umwelt oder in Lebewesen nachzuvollziehen, da sie in der Umwelt nicht ohne weiteres im Überfluss vorhanden sind. Folglich sind diese in Spuren vorkommenden Nuklide sehr empfindlich auf kleinste verabreichte Dosen oder kleine kürzliche Freisetzungen in die Umwelt, sodass ihre Ausbreitung vom entsprechenden Emissionsursprung aus beobachtet werden kann. Zu den wichtigsten bekannten Emissionsquellen gehören der Fallout von Kernwaffen, Reaktorunfälle und Freisetzungen nuklearer Wiederaufbereitungsanlagen. Um Radionuklide als Tracer verwenden zu können, müssen zwei Voraussetzungen erfüllt sein:

1. Das entsprechende Element muss sich in dem zu markierenden Medium konservativ verhalten, d.h. es wird nicht durch physio-chemische Prozesse aus dem Medium entfernt. Folglich muss das Radionuklid nach den chemischen Eigenschaften des entsprechenden Elements ausgewählt werden.
2. Das Radionuklid sollte ausreichend langlebig sein, um auf der Zeitskala der betrachteten Transportkreisläufe nachweisbar zu bleiben, oder um eine Dosisabgabe an den Körper von Mensch oder Tier zu vermeiden.

• Die erforderliche Probengröße für den Nachweis langlebiger Radionuklide ist eine entscheidende Frage, um die Sammlung und chemische Vorbereitung einer großen Anzahl von Proben logistisch durchführbar und effizient zu gestalten. Daher ist die AMS aufgrund ihrer hohen Nachweisempfindlichkeit die Technik der Wahl. Einige der heute verwendeten Tracer sind erst durch jüngste Fortschritte in der AMS-Technik in Umweltkonzentrationen zugänglich geworden. Zum Beispiel hat VERA Pionierarbeit beim Nachweis und der Anwendung des anthropogenen Isotops ²³⁶U als ozeanographischer Tracer geleistet, der in der wissenschaftlichen Gemeinschaft zunehmend akzeptiert wird.

• Darüber hinaus sind Isotopenverhältnisse wie ²⁴⁰Pu/²³⁹Pu oder ²⁴¹Pu/²³⁹Pu als zuverlässige Indikatoren für bestimmte Emissionsquellen bekannt, da sie nur vom Produktionsmechanismus abhängen und nicht von der chemischen Fraktionierung beeinflusst werden. In Bereichen mit komplexen Wasserzirkulationsprozessen, die durch mehrere Kontaminationsquellen beeinflusst werden, oder mit unvollständiger, detaillierter Emissionshistorie (z.B. im Arktischen Ozean) ist die Quellenidentifizierung von wesentlicher Bedeutung. Die Forschungsgruppe an VERA schlug daher vor kurzem ²³³U/²³⁶U als überlegenen ozeanographischen Tracer vor, der sich um eine Größenordnung zwischen Werten charakteristisch für Kernwaffen-Fallout und Freisetzungen aus der Kernenergieerzeugung unterscheidet. Im Zusammenhang mit dem Unfall von Fukushima zeichnet sich auch ein Interesse an der Analyse von ¹³⁵Cs/¹³⁷Cs ab, welches ergänzende Informationen liefern könnte.

• Die Forschung an VERA ist ständig bestrebt, die Palette der verfügbaren langlebigen Tracer zu erweitern, um neue Anwendungsbereiche zu erschließen. Neben der Verbesserung der Detektionseffizienz von Aktiniden untersuchen wir derzeit deren Einsatz als Tracer für den Aerosoltransport und die Anreicherung in der menschlichen Lunge (in Zusammenarbeit mit G. Wallner, Universität Wien) und für den Wasserhaushalt in regengespeisten Torfmooren (in Zusammenarbeit mit S. Glatzel, Universität Wien). Unsere intrumentelle Entwicklung konzentriert sich auf den Nachweis von langlebigen Spaltprodukten mit Isobarenhintergrund stabiler Nuklide bei niedrigen Umweltkonzentrationen mit dem ILIAMS-Setup, d.h. ⁹⁹Tc , ⁹⁰Sr, ^135,137Cs. Mit derzeitigen Nachweisgrenzen von ⁹⁰Sr (⁹⁰Sr/Sr = 1.5×10^–14, d.h. <0.08 mBq) und ¹³⁵Cs (¹³⁵Cs/Cs ≈ 2×10^–12) ist VERA die dafür weltweit führende Anlage und weiters sind erste ⁹⁰Sr-Anwendungen für Bodenproben in Vorbereitung.