The safety case for a proposed geological disposal facility (GDF) for radioactive wastes relies upon a series of engineered and natural barrier systems to limit the migration of harmful radionuclides into the geosphere over geological timescales. Natural minerals, dominantly phyllosilicates, are expected to be the most reactive components of both the host rock and the clay-based backfill surrounding the highly radioactive waste canisters for as long as 100,000 years. Upon eventual canister degradation, alpha-emitting radionuclides will leach into the backfill material (and eventually beyond) and the constituent mineral systems will accumulate radiation damage upon radionuclide uptake and/or surface precipitation. The following study is an assessment of the structural and chemical effects caused by alpha-particle bombardment of silicate minerals, as proxies for the radiation stability of natural materials present in the near and far field of a GDF.Microscopy and spectroscopy studies from naturally occurring radiation damage accumulated in silicates over geological timescales (forming distinct 'radiohaloes') have shown that both alpha-particle and alpha-recoil bombardment results in altered unit cell dimensions caused by the accumulation of point (Frenkel) defects. In the example of highly damaged biotite, structural breakdown through the reorientation of discrete lattice crystallites was observed; the variability of the interlayer spacing within these regions reveal the potential for damaged mica to adopt the structure of phyllosilicate breakdown products over geological time. Controlled alpha-particle irradiation using the Dalton Cumbrian Facility's 5 MV tandem pelletron ion accelerator, combined with microfocus spectroscopy analysis has revealed the mechanisms of high fluence alpha-radiation damage across 2:1 phyllosilicate minerals (biotite and chlorite); reducing the layered structures into a series of loosely connected domains of alternating lattice expansion and collapse. Radiation induced Fe redox changes have been revealed, with Fe reduction apparent at relatively low alpha-particle doses, giving way to Fe oxidation at high doses. A 'redox gradient', based on alpha-particle energy deposition through a silicate structure has therefore been proposed. In addition, the increase in 'edge' sites generated by structural deformation has been shown to be favourable for the adsorption of the Se(IV) oxyanion to the mica surface. Comprising a body of additional work, a core sample has been extracted from a spent nuclear fuel pond wall at the decommissioned Hunterston A nuclear power station and the radioactive contamination on the painted core surface has been analysed by microfocus spectroscopy. The contaminant radiostrontium has been shown to be associated with the Ti rich pigment in the surface paint, resulting in a 'patchy' accumulation of radioactivity at the core surface. In addition, inert Cs reactivity experiments using the underlying concrete have shown that Cs is preferentially uptaken by phyllosilicates within the altered mafic clasts used in the concrete aggregate.

The current proposed method for the long-term management of intermediate and high level radioactive waste in the UK is via geological disposal. It is known that redox sensitive elements such as uranium and neptunium will significantly contribute to the total waste inventory. Recently, studies have indicated that both U and Np can be stabilised by interaction with minerals. Over long periods of time (1000’s -10,000’s years) steel canisters that encase radioactive waste in geodisposal systems will undergo anaerobic corrosion, potentially leading to the release of radionuclides, including U and Np. Anaerobic corrosion will also result in the formation of a number of oxide phases, including iron (oxyhydr)oxides e.g. magnetite and green rust. The interaction of U and Np with such forming iron (oxyhydr)oxides may lead to the sequestering of radionuclides in the environment through a range of processes such as adsorption to a mineral surface and incorporation into a mineral structure. Therefore the interactions between iron (oxyhydr)oxides and radionuclides are important to determine their fate if potentially released within the wider environment. In this study, the fate of U(VI) and Np(V) when in contact with a range of iron (oxyhydr)oxides was considered. These systems were selected to help understand the detailed mechanisms that may occur between radionuclides and iron (oxyhydr)oxides. XRD and TEM were used to characterise mineralogy, whilst acid digestions determined the distribution of U within the mineral phase. Synchrotron based XAS was used to determine oxidation state, site geometry and local bonding environment of the radionuclides associated with the mineral phases. The data suggests that: U(V) is stabilised and incorporated in octahedral coordination into both the magnetite and green rust structure in a uranate-like coordination; with increasing U concentration mineral formation favours uraninite and Fe(III) (oxyhydr)oxides; the limit of U incorporation into magnetite is 0.45 mol % U ± 0.23; Np(V) is reduced to Np(IV) on the iron (oxyhydr)oxide surface forming a bidentate binuclear complex; and that upon reoxidation, Np(IV) is partially reoxidised back to Np(V) but not released back into solution. These results highlight the significance in understanding the mechanisms when both Np and U are in contact with iron (oxyhydr)oxides which can contribute towards site environmental clean-up and waste management in the nuclear industry.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:49:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:02:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:26:15Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:10:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-04-14T11:38:02Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-04-14T11:38:02Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Orientador: Maria Izabel Maretti Silveira Bueno / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-10T04:20:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alexandre_ThaisLevatti_D.pdf: 1122412 bytes, checksum: 5e4072c9674353ddc976abd8cb112ab2 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O uso da região de espalhamento na espectrometria de raios-X (XRS, do inglês, X-Ray Spectrometry) aliada à quimiometria é uma aplicação recente que tem mostrado bons resultados na discriminação de amostras orgânicas. Nesse trabalho, a proposta de se utilizar XRS para solucionar um problema de classificação taxonômica de Lantana sp, utilizando-se folhas desse vegetal não foi alcançada devido à reconhecida evolução contínua desta espécie. No entanto, o estudo de espécies do gênero Musa e das famílias Polemoniaceae, Asteraceae e Portulacaceae, utilizando-se pseudofrutos e sementes, respectivamente foi bem sucedido. A análise de componentes principais (PCA) realizada com os espectros obtidos da irradiação dos pseudofrutos e das sementes mostrou boa correlação entre a disposição das amostras e a classificação nos níveis gênero, espécies e variedades. Variáveis que poderiam justificar a discriminação obtida desses vegetais foram estudadas como exemplo o estudo envolvendo a utilização de carboidratos. Foram realizadas: a regressão de sacarose, frutose e glicose em solução aquosa e frutose e glicose em suco, com bons coeficientes de linearidade (0,998; 0,995; 0,998; 0,994 e 0,991, respectivamente); a discriminação de carboidratos; a regressão do índice de doçura e a rotação específica da luz polarizada de carboidratos; e a regressão da inversão da sacarose. Além da discriminação dos vegetais e do estudo de carboidratos, esse trabalho também apresenta a fundamentação teórica para explicar o surgimento desta técnica e um provável potencial que ela poderá apresenta para o futuro / Abstract: The use of scattering on X-ray Spectrometry (XRS) allied to chemometrics is a new application that is showing good results in discrimination of organics. In the present work the proposal of applying XRS to solve the taxonomic classification of Lantana sp species, using leafs of these plants was not reached due to the evolution process this plant is still undergoing. Nevertheless, this motivated a discrimination study of species of Musa genus (banana) and species of Polemoniaceae, Portulacaceae and Asteraceae families, using fruits and seeds, respectively. Principal component analysis of spectra of fruits and seeds show good correlation between sample arrangement and taxonomic classification in genus, species and varieties. Looking for variables that could justify the discriminations obtained, studies were developed involving carbohydrates. It was realized: sucrose, fructose and glucose regression in aqueous solutions and fructose and glucose calibration in juice solutions with good linear coefficients (0.998; 0.995; 0.998; 0.994 e 0.991, respectively); carbohydrates discrimination; X-ray spectra correlation with sweetness degrees and specific rotation of polarized light of carbohydrates; and regression of kinetics of sucrose inversion. Besides the vegetable classifications and the carbohydrate studies, this work presents a theorical basis to explain the XRS characteristics, the history before the arising of this method and its potentialities for the future / Doutorado / Quimica Analitica / Mestre em Química

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:49:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:02:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Os argilominerais são elementos estruturais do solo multiplamente aplicados segundo suas propriedades. A caracterização desse material se faz cada vez mais necessária por fatores tecnológicos, ambientais, ecológicos e legais. Neste âmbito disponibilizar uma metodologia rápida, segura e eficiente é especialmente relevante. Neste trabalho são descritos dois procedimentos, o primeiro para identificar os argilominerais encontrados em solos argilosos por difração de raios X e o segundo para determinar quantitativamente os macro e micro constituintes da argila por fluorescência de raios X (WDXRF), aplicando-se o método de parâmetros fundamentais, que, não utiliza curvas de calibração. Esses procedimentos foram aplicados em cinco amostras de solo cedidas por uma empresa de médio porte, localizada em Ipube, Pe. Os resultados por difração de raios X mostraram a predominância dos argilominerais caulinita e ilita, os quais, foram confirmados por meio das análises quantitativas dos elementos majoritários por fluorescência de raios X. Os resultados para os elementos minoritários foram comparados com os valores orientadores para solo publicados pela CETESB. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:26:15Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:10:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Em conseqüência do aumento da demanda de gás e petróleo no mercado nacional e internacional, as especificações e certificações dos resultados de analises químicas de tubos para gasodutos e oleodutos têm se tornados cada vez mais exigentes. Um contínuo desenvolvimento tem sido realizado para a melhoria de aços microligados da classe API (American Petroleum Institute). As propriedades do aço dependem do controle da composição química e parâmetros de processo durante sua fabricação. Neste trabalho, foi realizada comparação das incertezas de medição entre as técnicas de espectrometria de fluorescência de raios X por comprimento de onda (WDXRF) e de emissão óptica com fonte de arco voltaico (OES-spark) nas análises de acompanhamento de processo na produção de aços classe API. Usualmente, este tipo de análise requer menos de 40 segundos para completa caracterização química para ajuste nos parâmetros de processo de produção. As principais fontes de influência nas análises químicas foram avaliadas por planejamento de experimentos. Os elementos constituintes e traço como Al, Si, P, S, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, As, Nb, Mo e Sn foram determinados utilizando as metodologias normalizadas pela ASTM E-322, E-415, E-1009 e E-1085. Os materiais de referência certificados 185A e 187A da CMI (Czech Metrology Institute) foram utilizados para avaliação dos métodos. As incertezas das medições de resultados e a validação com relação a repetitividade e reprodutibilidade das medições foram obtidas conforme os testes estatísticos, recomendados pela norma ISO/IEC 17025. A incerteza de medição para cada elemento é discutida para ambas as técnicas. / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-04-14T11:38:02Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-04-14T11:38:02Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho foi investigada uma mudança na linha base observada em curvas de calorimetria exploratória diferencial em um trabalho onde microesferas de vidros aluminossilicatos contendo Ho foram estudados para a aplicação em radioterapia interna seletiva para o tratamento de carcinoma hepatocelular. Os vidros com composição nominal 53,7 SiO2 .10,5 Al2O3 . 35,8 MgO em %mol foram produzidos pelo método de fusão tradicional. As fritas obtidas foram moídas e peneiradas na faixa de 45 a 63 μm. O material foi utilizado para produzir microesferas pelo método de esferolização por queda gravitacional. O pó de vidro e as microesferas foram caracterizados por espectrometria de fluorescência de raios X, difração de laser, difração de raios X, calorimetria exploratória diferencial, análise térmica diferencial, termogravimetria, espectrometria de massa e microscopia eletrônica de varredura. Após as análises térmicas foram formadas pastilhas nos cadinhos que foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura, difração de raios X e picnometria a gás He. A mudança na linha base foi associada ao processo de sinterização por fluxo viscoso e ocorre devido a diminuição do fluxo de calor detectado devido à retração da amostra. Outros processos como cristalização concomitante com a sinterização também foram estudados. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Orientador: Maria Izabel Maretti Silveira Bueno / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-08T20:31:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bortoleto_GiseleGoncalves_D.pdf: 1848402 bytes, checksum: 97da7589f57febbd17ac608c4ed98640 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Esta tese de doutorado apresenta uma inovação na química analítica abordando novas aplicações da técnica de fluorescência de raios-X, na qual o espalhamento da radiação X e a quimiometria exercem papel fundamental. Os sinais de espalhamento dos raios X provenientes da interação de diferentes fontes de excitação com amostras essencialmente orgânicas foram avaliados a partir de estudos realizados com um espectrômetro de bancada com tubo de Rh, como também com luz síncrotron, da linha de fluorescência de raios-X do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), Campinas, SP, Brasil. Os resultados mostraram diferentes perfis de espalhamento da radiação para as diferentes fontes de excitação empregadas. Uma banda contínua em toda região espectral foi obtida como sinal, no caso do uso da luz síncrotron, e intensos picos em determinadas regiões espectrais caracterizaram os espalhamentos Compton e Rayleigh, quando o tubo de Rh foi utilizado. A alta intensidade da luz síncrotron resolveu os problemas de precisão intermediária observados nas medidas das amostras de álcoois realizadas com tubo de Rh. Em outro estudo, no qual os espectros de XRF de amostras de adoçantes dietéticos e óleos vegetais foram analisados por PCA, os resultados revelaram agrupamentos entre compostos com composições químicas ligeiramente distintas. Nesse caso, o uso do tubo de Rh foi adequado para atingir os objetivos propostos. Nas análises de óleos, a formação dos diversos grupos foi baseada nas variedades de óleos de soja, canola, girassol e milho. Nos testes realizados com adoçantes, os resultados mostraram uma tendência de diferenciação entre as amostras compostas por diferentes edulcorantes, principalmente entre aqueles que contêm ou que não contêm o átomo de enxofre em suas moléculas. O estudo realizado com amostra de urina conclui este trabalho, ressaltando mais uma vantagem do uso da XRF aliada a quimiometria: a possibilidade de realizar quantificações diretas e simultâneas de elementos inorgânicos e compostos orgânicos em amostras líquidas complexas. Nesse caso, um método para determinação de Ca, P, Na, K, Mg, Cl, uréia, glicose e creatinina em amostra de urina é apresentado, no qual os coeficientes de regressão da ordem de 0,99, obtidos para os modelos de calibração dos diferentes analitos, mostram a potencialidade da técnica para ser implementada em laboratórios de rotina. / Abstract: This work presents an innovation in analytical chemistry dealing with new applications of X-ray fluorescence technique in which the X-ray scattering effects and the chemometric tools play essential roles. X-ray scattering spectra resulting from interaction of simple organic samples were obtained with two sources, a common bench top spectrometer equipped with a Rh tube and also with synchrotron radiation (from the XRF beam line of the Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), Campinas, SP, Brazil). Distinct scattering profiles are observed for both excitation sources: a continuum for synchrotron light and intense peaks related to Compton and Rayleigh effects when a Rh tube is used. After processing the spectra from both sources, it was observed that the high intensity of synchrotron radiation solved the intermediate precision problems found in measuring samples via Rh tube. In another study, the spectra of sweetners and vegetable oils were analysed by XRF with PCA and the results showed distinct groupings for distinct samples. In this case, the Rh source was adequate to reach the objectives. In oil analyses, different groupings are based on the varieties of soybean, corn, canola and sunflower oils. In the case of sweetners, the results show a tendence to diferentiate samples of dissimilar artificial sweetners, especially when the presence of sulfur is of major importance. A study performed with urine samples is the final part of this work, poiting out one more advantage of using X-ray fluorescence with chemometrics, that is, the possibility of simultaneous and direct quantifications of inorganic elements and organic compounds in complex liquid samples. In this case a method for determining Ca, P, Na, K, Mg, Cl, urea, glucose and creatinine is presented with good regression coefficients being obtained for the different analytes. This can be taken as a good indication of the potential of the technique for implementation in routine laboratories. / Doutorado / Quimica Analitica / Doutor em Ciências