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Journal o f Radioanalytical Chemistry, 1Iol. 22 (1974)147--155

ACTIVIT E D U KRYPTON-85 DANS L ' A I R H E M I S P H E R E S

N O R D ET SUD

L. FARGES, F. PATTI, R. GROS, P. BOURGEON

Commissariat d l'Energie Atomique, Ddpartement de Protection)Service de Recherches Toxicologiques et Ecologiques, B.P. No. 6,

F-92260 Fontenay-aux-Roses (France)

(Recu 1r 22 novembre 1973)

The evollation of 85Kr concentrations in the atmosphere was followed in the Northern hemisphere/from June 1966 to May 1972 and in the Southern hemisphere from March 1968 to June 197~. Our results for the Northern hemisphere could be compared with those of other authors, A ~hort description of the analytical method used is given.

Introduction

La prdsenee de 85Kr dans t 'air provenait jusqu'en 1962 des diverses explosions nucl6aires effectu6es dans l'atmosph~re. Depuis cette 6poque, c'est le traitement des combustibles irradi6s qui est h l'origine de la quasi totalit~ de 85Kr actuelle- ment pr6sent dans 1'atmosphere.1 En effet, dtant donn6 la p6riode de ddcroissance de ce radioisotope: 10, 59 + 0,25 ans, 2 et le fair qu'il ne s'61imine que par d6sin- t6gration radioactive, l 'activit6 sp~cifique de ce gaz n'a cess6 d'augmenter depuis 1954, date ~ laquelle a ~t6 effectual Ie premier dosage dans l 'air; 3 la valeur obtenue dtait de 0, 5 pCi par m 3. Depuis, divers laboratoires suivent l'dvolution des concentrations de ce gaz dans 1'air. 3"6

Darts le cadre du contrble de la po!lution radioactive de l 'environnement, nous effectuons des dosages de 85Kr dam des 6chantillons de Kr industriel depuis 1966. Ce gaz a une puretd de 85-96%, les impuret6s 6tant: du x~non 4 ~ 10%, de l 'oxy- g~ne environ 1%, des traces de CH4, CO, CO2; il est fourni par la Societal "AIR LIQUIDE", qui l 'extrait de prdl~vernents d'air effectuds en France.

Dans 1' h~misph&re Nord il a 6td par ailleurs effectu6 en 1971 quatre pr~l~vements d'air, sur bateau, dam la rdgion du Sud Groenland-Cap Nord (volt tableau 1). L' air a 6td comprimd h 200 bars dans des bouteilles de 251 soit 5 m 3 d' air TPN.

Des prdl~vements du m~me type sont r~alis~s dans 1' hdrnisph~re Sud au niveau du sol, en Terre Ad~lie depuis 1968 et en Polyn6sie Fran~aise ~ Tahiti depuis 1969.

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L. FARGES et al. : ACTIVITE DU 85Kr DANS L'AIR

Tableau 1 Aetivit~s de 85Kr dans la r~gion du Sud Ouest Groenland au Cap Nord

Date du Lieu de 85Kr de Kr total,* 85Kr d' air ,

prel~vement pr61~vement pCi /c rn 3 p C i / m 3

24.4. 71 9,4 I0, 7

20. 5. 71

30. 5. 71

1 .6 .71

60 ~ 4' Nord

53 ~ 15' Ouest

(S. O. du Groenland

66 ~ 16' Nord

12 ~ 40' Ouest

(N. E. de l ' Is lande)

74 ~ 30' Nord

15 ~ 45' Est

(mer de Barents)

71 ~ 15' Nord

23 ~ 47' Est

(Cap Nord)

10,8

15, 8

11,1

12,4

18

12, 6

*Activitds spdcifiques de 85Kr, par cm 3 de Kr total et par m 3 d 'a i r , des quatre pr61~vements d 'air effectu~s sur bateau, en diffdrents points de 1' hdmisph~re Nord.

Traitement des ~chantillons

L'ensemble de l ' appa re i l l age n~cessaire h la sgparation et ~ la mesure de 85Kr

est ce lui uti l isg par R. P a n n e t i e r dans sa th~se. 7

Nous op~rons de deux fa~ons selon que nous utilisons des gchantil lons de krypton industriel , ou des pr~l~vements d 'a i r : darts le premier cas 5 h 10 cm 3 TPN de gaz sont d~tendus dam le compteur mis au pr~alable sous vide secondaire (quelques 10 -5 mmHg; on comple te ensuite le remplissage jusqu ' ] une pression de 740 mmHg par un m~lange d ' a rgon-mgthane (~ 12% de CH4). Darts le second cas, ~t partir des

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5 m 3 d'air T. P.N. "l 'Air Liquide" effectue un enrichissement de l 'air en krypton par une s~rie d'absorptions s61ectives au moyen de tamis mol6culaires. On obtient ainsi 1 ~ 2 cm 3 de Kr dans 3 ~ 4 1 d'air, soit un enrichissement d'un facteur 500 environ (la concentration naturelle du krypton dam l 'air est ~gale ~ l , 14 �9 10" 6). 8

La s~paration du krypton ~ partir de cet air enrichi s 'effectue au laboratoire l 'a ide d'un banc d'analyse des gaz; les diff6rents stades du traitement peuvent se r~sumer de la mani~re suivante:

S6paration des gaz inertes dont le krypton, des autres composants du m~lange, au moyen d'uzyrit* chauff6 ~ 1100 ~

Pi~gage du krypton sur du charbon actif ~ basse temperature (azote liquide). D~sorption par chauffage ~ 500 ~ et introduction dans un compteur proportion-

nel de 1175 cm 3 par d~tente suivie d'un balayage par un m61ange argon-m~thane, jusqu'~t une pression de 740 mmHg ~ la temperature ambiante.

Mesure de l'activit~ des ~chantillons

Le 85Kr ainsi isold est dosd par mesure de rayonnement ~ de 0, 72 MeV d'dnergie maximale sur une installation type mesure de faibles activitds. 7 La valeur du bruit de fond pour le compteur rempli ~ 740 mmHg du mdlange argon-mdthane est voisin de 4 coups �9 min -1.

Le rendement de comptage est estim~ h 78, 5%. Le taux de comptage d'un ~chantillon est d~termin~ de la fa~on suivante:

(a) Krypton industriel. On effectue 10 comptages de 100 rain et l 'on consid~re la moyenne des 10 mesures.

(b) Air enrichi. Les enregistrements de l '~volution du taux de comptage en fonction du temps montrent qu'un radio~l~ment de courte p~riode est associ~ au 85Kr. La p~riode de d6croissance observ~e pour ce radio61~ment est de 4, 2 jours (figure 1), ce qui indique qu'il s 'agit t r~ vraisemblement de 222Rn. Pour V~rifier ce point nous avons effectu~ des "blancs", en introduisant dam le banc quelques cm 3 d 'un m~lange Ar - CH 4 comme gaz vecteur; les r6sultats obtenus confirment la presence de ce radio~l~ment qui provient probablement de 226Ra contenu dans les diff~rents mat~riaux du banc (verre pyrex,tube pythagoras, uzyrit, charbon actif).

Pour ~liminer cette cause d'erreur le taux de comptage de l '~chantillon est suivi pendant environ 3 semaines; les rnesures sont arrSt~es lorsque le taux de comptage est constant aux fluctuations statistiques pr~s. Pour obtenir plus rapidement un r6- sultat exact, nous avons pens~ effectuer une d~sorption s~lective du krypton en operant pendant 2 heures ~ une temperature de 0 ~ au lieu de 500 ~ darts ces

%'uzytit est un alliage zirconium-titane ~quiatomique, utilisd pour la purification des gaz inertes, fabriqu~ par Ugine KUhlmann (10 rue du G~n~ral Foy - Paris 8~me).

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20 I c

1 5 : i ~ ~ . . . . ~ - J ~ I v

I 2 3 & 5 6 7 8 9 10 11 12 13 I/* 15 16 I? Temps, jours

.= o

i

5

/,

3

2

T= L,.2j

2 3 L, 5 6 ? 8 9 10 I1 } I I I t J - r

12 13 l& 15 16 17 Temps, jours

Fig. 1. La courbe 1 reprdsente pour un dchant i l lon d ' a i r enrichi au banc, la variat ion du taux de comptage en fonction du temps. La courbe 2 met en dvidence la ddcroissance de l ' d ldmen t rad ioac t i f de courte p~riode, associd au krypton,

courbe obtenue par soustraction de l ' ac t iv i td de 85Kr de la courbe 1

conditions le radon reste pidg~ dam le charbon act if ; les dosages sont ac tue l l ement r~alis~s dans ces nouvelles conditions.

Pour connaitre l ' ac t iv i t6 sp~cifique, en pCi par m 3 d 'a i r , du krypton mesurd, il est ndcessaire de ddterminer le volume de krypton total present dans le compteur. Pour ce la , une fraction du gaz du compteur est pr~levde apr~s la mesure et une analyse par spectromdtr ie de masse e donne le pourcentage du krypton par rapport aux gaz de remplissage. Connaissant le volume du compteur on en ddduit le volume de krypton TPN. On d~termine enfin l ' a c t iv i td de 85Kr par cm 3 de krypton total ,

et l ' ac t iv i t~ par m 3 d ' a i r est ca lcu lde en considdrant que la concentrat ion vo lumi- que du krypton dans l ' a i r est de 1, 14 �9 10 "6. 8 Les r&ultats sont exprim~s avec une pr6cision de l 'ordre de +15~ es t imde en consid~rant les diff~rentes erreurs inhdrentes aux conditions de mesure: erreur sur le volume de krypton (spectrometr ic de masse), sur le rendement de ddtect ion, sur le comptage . Cet te es t imat ion se trouve par a i l - 1curs confirmde par le ca lcul de l ' d c a r t - t y p e exprim~ en %, d 'une s6rie de mesures d 'un m~me ~chanti l lon.

*Les analyses ont dr6 effectu6es au Centre d' Etudes Nucldaires de Saclay, par le Service d'Analyse et d' Etudes en Chirnie Nucl~aire Isotopique.

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L. FAI~GES et al. : ACTIVFrE DU 85Kr DANS L'AIR

Tableau 2 Activit& de 85Kr en France

Date de pr$1~vement

Juin Octobre Avril Ao~t JuiUet Octobre Mai Fdvrier Juin Aofit Octobre F6vrier Mai Ao~t Dgcembre Mars Mai

1966 1966 1967 1967 1968 1968 1969 1970 1970 1970 1970 1971 1971

85Kr de Kr total,*pCi/cm 3

Moyenne P,6sultats des

dosages

9,3 9,6

10, 1 10,4 11,1 14, 4 12,95 13, 1 14, 5 11, 6 12, 8 32

4

9,4; 9,4; 9 9,7; 9,5; 9,6

10,1 10,4 11; 11,1 14,6; 14,20 13; 12, 9 12,9; 13,3 14,8; 14,2 11,6 12, 8 33,8; 32,7; 29,6 11,4 11,

9,6 11,2 12, 5 10, 6

1971 9, 6 1971 11,2 1972 12, 5 1972 10, 6

85Kr d' air pCi/m 3

10, 6 10,9 11,5 11,9 12, 6 16,4 14, 8 14, 9 16, 5 13,2 14, 6 36, 5 13 10,9 12, 8 14, 3 12, 1

*Activit6s Sl~cifiques de 85Kr, par cm 3 de Kr total et par m 3 d'air, des ~chantfllom de "Kr industriel" dat&. eommercialls& par l'mine "l'Air Llqulde" (France).

R ~ s n l t a t s

H d m i s p h ~ r e Nord

Les valeurs de l'aet~vitd sp~cifique de 85Kr dam l'air pr~levd dam 1' hdmisph&e Nord sont indiqudes clans les tableaux 1 et 2.

Pour la l~riode de juin 1966 h mai 1972, l'dvolution des concentrations, repr~sen- tale figure 2, fait apparattre une augmentation continue jusqu'en juin 1970 avec une eroissance armuelle de l'ordre de 1, 5 pCi par m 3 d'air suivie d'une diminution des concentrations de 3 ~ 4 pCi par m 3 d'air (16 pCi/m 3 en juin 1970; 12 ~ 13 pCi/m 3 en 1971-1972).

La valeur relativement dlevde de 36, 5 pCi par m 3 d'air ne peut ~tre attribude une erreur exp&imentale car elle repr&ente la moyenne de 3 dosages effectu& sur un m~me prdl~vement (Tableau 2). De telles variations ont ddj~ dtd observdes par

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30--

20--

1 0 -

2- -

] lg62 1

~S3- J Ig65

t ttt

I r I i r i l 1967 J ~ ] 1969 J 1970 ] ~71 J 1972

Annd, t~

Fig. 2. Evolution des activit~s de 85Kr par m 3 d ' a i r darts l e cas du krypton industriel

(France) de juin 1966 ~ mai 1972; les A repr~sentent les valeurs obtenues pour les pr~l~vements d ' a i r effectu~s dam la rggion du Cap Nord ( tableau 1). La courbe en trait diseontinu repr~sente l '~volut ion observge pour les prgl~ve- merits d ' a i r effeem~s en Terre Ad~l.ie et Tahiti (voir figure 3)

d 'autres auteurs; 4, 5 elles sont attribuges aux rejets discontinus de 85Kr dans l ' a i r par les usines de re t ra i tement de combustibles nucl~aires.

Les valeurs de la concentrat ion de 85Kr dam l ' a i r publi~es par plusieurs laboratoires appartenant ~ dtff~rents pays: Al lemagne de l 'Ouest, Amgrique du Nord,

France, ont ~t~ eomparges par S c h r 6 d e r et co11. 4 Cette comparaison fait appa- ra~tre un accord satisfaisant entre les diffgrentes valeurs obtenues pour la pgriode comprise entre 1959 et dgbut 1970.

H ~ m i s p h g r e S u d

Les r~sultats relatifs g I ' hgmisph~re Sud sont repr~sent~s tableau 3 et 4; l '~volution des concentrations entre mars 1968 et juin 1971 est indiqu~e figure 3. On note que les valeurs de Terre Ad~lie et Tahi t i sont ex t rdmement voisines et que 1' accroisse-

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% A

15- -

2 o

10- " " �9 , o ~ . ~ - ~ ' ' ~ ~

s I t l 1968 ] 1969 3 1970 1 1971

L. FARGES et al . : ACTIVITE DU 85Kt DANS L'AIR

j v

Armies

Fig. 3. Evolution des activit4s de 85Kr, en pCi par m 3 d'air, pour les pr41~vements d'air effectu4s dans l 'h4misph~re 8ud: Terre Ad41ie (courbe 1) et Tahiti (courbe 2)

Tableau 3 Activitis de 85Kr en Terre Ad41ie

Date de pr~l~vement

17 Mars 1968 17 Avril 1968 15 Iuin 1968 15 Octobre 1968 15 D~cembre 1968 15 Fgvrier 1969 25 Avril 1969 21 Mai 1969 24 Iuin 1969

85Kr de Kr total,* pCi/cm 3

Rgsultats des dosages

Moyenne

8,9 7,1 7, 7 8,3 8 , 6 7,9 8,3 8,0 8,6

9,8; 8,1 7, 5; 6, 8 7,7 8,3 8,6 8, 1; 7, 8 8,3 8,0 8,6

20 Septembre 1969 11, 1 22 Octobre 1969 8, 9 19 D~cembre 1969 9, 1 16 F~vrier li~70 9,4 15 Juin 1970 14, 7 14 Ao~t 1970 9, 8 15 Octobre 1970 9, 7 16 Dgcembre 1970 13, 5

11, 1 8,9 9,1 9,4

14, 7 9,8 9,7

13, 5

* Act ivi tds sp4cifiques de 85Kr, par c m 3

au n iveau du sol en Terre Ad41ie.

85Kr d' air,

pCi/m 3

10,2 8,1 8,8 9,5 9,8 9,0 9,5 9,1 9,8

12, 6 10,2 10,4 10,7 16, 7 11,2 11,1 15,4

de Kr total et par m 3 d ' a i r , des pr41~vements d ' a i r e f f e c t u ~

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Tableau 4 Aetivit~s de 85Kr ~ Tahiti

Date de pr~l~vement

18 Aofit 1969 25 Aofit 1969 22 Septembre 1969 28 Oetobre 1969

4 Mai 1970 8 Iuin 1970 6 Juillet 1970

15 Juin 1971

85Kr de Kr total," pCi/em3

l~sultats des dosages

8,6 8,5

M ~ e ~ e

8,5 9,0 9, 0 7,4 9.0 9,0 9,7

10, 1

8,5 9,4; 9, 5; 7,4 9,0 9,0 9,7

10, 1

851~ d' air, pCi/m 3

9,7 10,2 10,2

8,5 ~10,3 10,3 11,1 11,5

*Aet ivi t& sp~eifiques de 85Kr, par cm 3 de Kr total et par m 3 d 'air , des prgl~vements d 'air effeetu~s

au niveau du sol en polyndsie Frangaise (Tahiti) .

ment annuel est de l'ordre de 1, 2 pCi par m 3 d'air donc sensiblement le mdme que celui observd dam l'hdmisph~re Nord, jusqu'en mai 1970.

Si 1'on compare les valeurs obtenues dam les deux hdmisph~res, on eonstate que les concentrations dam l'hdmisph~re Nord sont environ 1, 5 fois plus grandes que dam l 'hdmisph&e Sud jusqu'en juin 1970; au-deltt de cette date on observe une diminution des concentrations dam l'hdmisph~re Nord, diminution qui n'est pas ddcelde dam l 'hdmisph~e Sud/~ la date du dernier prdl~vement, juin 1971.

Nous remerc iom blen stnc~rement Mine D e 1 i b r i a s du Centre des Faibles Radtoactivit&, Labora- t o r e du (~RS ~t Gif -mr-Yvet te , qui a t r ~ a imablement mis ~t notre disposition les dchantll lons de Kryp- ton industrlel franqais. Nous remesetons v ivement les Expeditions Polalres Fran~aises qui effectuent r dgu l l~emen t les pr61~vements d 'a l r en Terre Addlle. Nous adre~ons ~galement nos remerciements au Grouped ' Etudes Atomlques de la Marine Nat lonale qui a bien voulu organlses des prdl~vements d 'a i r dam la r~gion du Cap Nord.

154 .r. Radloanal. ~'hem. 22 (1974)

L. FAI~ES et al. : ACTIVITE DU 85Kr DANS L'AIR

Bibliographie

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