Project

Back to overview

Exotic Radionuclides from Accelerator Waste for Science and Technology - ERAWAST III: Half-life determination of pure electron capture nuclides (137La, 157Tb)

English title Exotic Radionuclides from Accelerator Waste for Science and Technology - ERAWAST III: Half-life determination of pure electron capture nuclides (137La, 157Tb)
Applicant Schumann Dorothea
Number 196959
Funding scheme Project funding
Research institution Paul Scherrer Institut
Institution of higher education Paul Scherrer Institute - PSI
Main discipline Nuclear Physics
Start/End 01.06.2021 - 31.05.2023
Approved amount 390'000.00
Show all

All Disciplines (2)

Discipline
Nuclear Physics
Inorganic Chemistry

Keywords (5)

MC-ICP-MS; nuclear data; LSC; alpha-spectrometry; half-life

Lay Summary (German)

Lead
Die Halbwertszeit eines Radionuklids ist eine seiner grundlegenden kernphysikalischen Eigenschaften. Zusammen mit der Art der emittierten Strahlung, die die entsprechenden Emissions- und Übergangswahrscheinlichkeiten einschließt, hat dieser Wert sowohl bei praktischen Anwendungen als auch bei theoretischen Vorhersagen einen grossen Einfluss, zum Beispiel auf die medizinische Verwendung von Isotopeng, die Umwelt- und Klimaforschung, die Auswirkungen im Energiesektor sowie die Grundlagenforschung zum Verständnis des Universums, der Sternentwicklung, die Elementsynthese u.v.a..Der Mangel an zuverlässigen Daten über den radioaktiven Zerfall ist überraschend groß, insbesondere für Halbwertszeiten von relativ langlebigen Radionukliden. Die Gründe dafür sind vielfältig, wobei die Hauptursachen die begrenzte Verfügbarkeit von geeignetem Probenmaterial und die Schwierigkeiten bei der Durchführung einer genauen Aktivitätsmessung mit geringer Unsicherheit sind.
Lay summary

Unsere Forschungsgruppe hat Zugang zu einer beträchtlichen Anzahl von Quellen für langlebige Radionuklide und hat langjährige Erfahrung mit radiochemischen Trenn- und Reinigungstechniken. Auf dieser Grundlage können wir die Schwierigkeiten bezüglich der Probenverfügbarkeit in einer Reihe von Fällen überwinden. Mit dem vorliegenden Projekt setzen wir den Schwerpunkt auf die Halbwertszeitbestimmung der ersten beiden Beispiele von reinen Elektroneneinfangisotopen: 137La und 157Tb. Messungen für diese beiden Radiolanthanide sind extrem anspruchsvoll und stark von der Qualität der Probe abhängig. Insbesondere dürfen die Proben keine anderen strahlungsemittierender Isotope enthalten, und die Messung der Anzahl der Atome erfordert eine zuverlässige Methode zur Abschätzung des Beitrags möglicher Isobaren. Zudem sind die Übergangswahrscheinlichkeiten und die Spektrenformen dieser beiden Isotope nicht gut bekannt, was die Unsicherheit der Aktivitätsmessung entsprechend erhöht. Eine Verbesserung kann durch die Anwendung einer neuartigen Art von Detektoren erreicht werden, den magnetischen Metallkalorimetern (MMC), die derzeit in mehreren Metrologie-Gruppen erforscht werden. Es müssen spezielle Probenvorbereitungsverfahren entwickelt werden, um diese Art von Detektoren in Zukunft anwendbar zu machen. Im Rahmen des Projekts sind die folgenden Aufgaben vorgesehen: Herstellung und Reinigung von 137La und 157Tb Proben, ihre Aktivitätsbestimmung und die Bestimmung der Anzahl der Atome. Des weiteren sollen Verfahren zur Probenaufbereitung für MMCs entwickelt werden.
Die Ergebnisse werden einen wesentlichen Beitrag zur Verbessung der kernpsektroskopischen Datenlage in dieser Massenregion liefern sowie den WEg bereiten zur breiteren Anwendung von MMCs.

Direct link to Lay Summary Last update: 23.11.2020

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Project partner

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
178749 Exotic Radionuclides from Accelerator Waste for Science and Technology - ERAWAST II: the half-lives of long-lived lanthanides 01.12.2018 Project funding
177229 Towards implementing new isotopes for environmental research: The half-life of 32Si 01.09.2018 Sinergia
159738 Exotic Radionuclides from Accelerator Waste for Science and Technology - ERAWAST 01.05.2015 Project funding

Abstract

The half-life of a radionuclide is one of its fundamental nuclear properties. Along with the nature of the emitted radiation, which includes the corresponding emission and transition probabilities, this value has a huge general impact, in both practical applications and theoretical predictions. As prominent examples, we refer to the medical use of isotopes for diagnostics and treatment, environmental and climate research, the implications in the energy sector as well as fundamental research on understanding the Universe, Star evolution, element synthesis and many other fields.As we pointed out in our previous SNF applications (ERAWAST I and II), the lack of reliable nuclear decay data is astonishingly large, in particular for half-lives of relatively long-lived radionuclides. The reasons for this are manifold, with the principal causes being the very limited availability of suitable sample material and the difficulties in performing an accurate activity measurement with low uncertainty.Our research group has access to a considerable number of sources for long-lived radionuclides and developed extraordinary experience in radiochemical separation and purification techniques over the past 15 years. Based on this, we could overcome the above-mentioned difficulties concerning sample availability in the frame of ERAWAST II in a number of cases. Among others, we isolated sufficient amounts of several long-lived lanthanide isotopes from irradiated Ta samples and re-measured the half-lives of three ?-emitters (146Sm, 154Dy, 148Gd). With the present proposal, we shift the focus to the half-life determination of the first two examples of pure electron capture isotopes: 137La and 157Tb. The half-life measurements for these two radio-lanthanides are extremely challenging and strongly dependent on the quality of the sample. In particular, samples must not contain considerable amounts of other radiation-emitting isotopes and the measurement of the number of atoms requires a reliable method for estimating the contribution of possible isobars. Moreover, transition probabilities and de-excitation spectra shapes of these two isotopes are not well known, which increases the uncertainty of the activity measurement accordingly. Improvement can be achieved by measuring these spectra with a novel kind of detectors, Magnetic Metallic Calorimeters (MMC), which are currently being explored in several metrology groups. Dedicated sample preparation procedures have to be developed to make this kind of detectors applicable in the future. In the course of ERAWAST III, the following tasks are envisaged:•Purification of the 137La sample, which was obtained in the frame of ERAWAST II.•Separation of 157Tb from irradiated enriched 156Dy. Purification of the sample.•Activity determination using Liquid Scintillation Counting with uncertainty < 5% (to be performed by the Co-PI PTB)•Determination of the number of atoms (137La, 157Tb) by ICP-MS with uncertainty < 2%, considering correction of the isobar contribution.•Exploring sample preparation procedures for MMCs.Enabling measurements with high accuracy and low uncertainties meets urgent requirements from nuclear data communities, metrology groups and related science. With this two-year program, we hope to pave the way towards a long-lasting program for sample preparation and development of front-end measurement techniques for long-lived, “hard-to measure” isotopes.
-