Hydrochemistry on a waste disposal area of sand mining activities at Analandia, Sao Paulo State, Brazil, and their implications on the mobilization of uranium

Groundwaters and surface waters from an area of treatment of sand for industrial purposes at Analandia municipality, nearly in the center of Sao Paulo State, Brazil, were chemically and isotopically analyzed with two aims: to evaluate if the anthropogenic activities that has taken place for the last 6 years is affecting the quality of the hydrological resources and to relate the hydrogeochemical behaviour of the uranium isotopes 234U and 238U with the pattern of circulation of groundwaters.

Some constraints on the modelling using the uranium isotopes 238U and 234U for dating groundwaters from Guarany aquifer, South America

Groundwaters from the Guarany aquifer located at the South American continent and sampled at four wells with described geological sections in São Paulo State, Brazil, were chemically and isotopically analysed with two aims: to evaluate the quality of this important hydrological resource and to investigate the possibility of using the natural uranium isotopes 234U and 238U as a chronological tool, since the 234U/238U activity ratio and dissolved U content data in groundwater systems have generated models for dating purposes.

A comparison between neutron-fluence measurements using metal-activation monitors and standard glasses calibrated via thin uranium-fission monitors and via ηq method

The two fundamental approaches to fission-track dating involve either an explicit determination of the thermal neutron fluence (φ-method) or a calibration against age standards (ζ-method). The neutron fluence measurements are carried out with metal-activation monitors or with uranium-fission monitors, co-irradiated with the samples. Uranium-fission monitors consist of either a thin mono-atomic) film, or a thick fission source (standard uranium glass) irradiated against a muscovite external track detector. In this work, different techniques for performing neutron-fluence measurements were compared: based on thin-film calibration, based on thick-source calibration, and based on gamma spectrometry of co-irradiated metal monitors (Au, Co). The results suggest that more experiments are needed to make all calibrations consistent, including new measurements of the length of etched induced tracks in mica. Also the standard glass calibration carried out with thin films should be confirmed with a greater number of calibrating irradiations. © 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Uranium deposition in bones of wistar rats associated with skeleton development

Sixty female Wistar rats were submitted to a daily intake of ration doped with uranium from weaning to adulthood. Uranium in bone was quantified by the SSNTD (solid state nuclear track detection) technique, and bone mineral density (BMD) analysis performed. Uranium concentration as a function of age exhibited a sharp rise during the first week of the experiment and a drastic drop of 70% in the following weeks. Data interpretation indicates that uranium mimics calcium. Results from BMD suggest that radiation emitted by the incorporated Uranium could induce death of bone cells. © 2013 Elsevier Ltd.

Uranium-lead dating method at the Pará-Iso isotope geology laboratory, UFPA, Belém – Brazil

ABSTRACT: Analytical procedures for U-Pb isotope dilution analyses at the Pará-Iso isotope geology laboratory of the Federal University of Pará (UFPA) are described in detail. The procedures are applied to zircon, titanite, rutile, apatite, columbite-tantalite and whole rock. Reagent preparation and chemical processing are done in clean-room conditions. Samples are dissolved using Teflon™ microcapsules in steel jacket Teflon™ Parr Instrument™ bomb or Teflon™ screw cap containers. U and Pb are separated using anion exchange AG 1x8 resin columns. Typical blanks for mineral sample amounts of 0.01 to 1.0 mg are less than 1 pg U and 20-30 pg Pb. Isotope analysis of the U and Pb from the same filament are carried out using a Finnigan MAT 262 mass-spectrometer in static and dynamic modes. The current analytical level is demonstrated on analyses of international standard zircon 91500 with three different ²³⁵U-²⁰⁵Pb and ²³⁵U-²⁰⁸Pb isotope tracers and whole rock standards. Results of analyses of two zircon samples are also presented.

Recalibration of U-doped standard glasses through uranium thin film for neutron-fluence measurements

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Uranium metabolism associated with ontogenetic growth of birds: case studies with broilers and ducks

Cobb broilers and domestic ducks, both one-day-old, were treated using ration doped with 20 ppm of uranyl nitrate. Uranium concentrations in the tibia (μg-U/g-bone) were measured by neutron activation analysis as function of the animals’ age, from the neonatal period to maturity. Results show that Uranium and Calcium qualitatively follow the same metabolic pathway, and that adult ducks incorporate on average ten times more Uranium than broilers. Data interpretation shows that the Uranium clearance rate in broilers is substantially higher than that in ducks, suggesting that metabolic characteristics favoring Calcium retention in bone may hinder the elimination of Uranium in ducks. The need for further comparative biochemistry studies between Galliformes and Anseriformes is addressed.

Ellen Evans Cathcart Papers - Accession 238 - M111 (143)

The Ellen Evans Cathcart Papers consist of biographical sketches of Mrs. Ellen Evans Cathcart (1869-1952), first woman member of the Democratic National Committee who was also instrumental in the founding of the Children’s Bureau. Also included in the collection are newspaper clippings, magazine articles, correspondence, reports, certificates, citations, and photographs relating to her work as supervisor of the Children’s Bureau of South Carolina and her involvement in the women’s suffrage movement. Of particular note is an annual report of the South Carolina Council of Defense which outlines the achievements of women of South Carolina in war work and a program book of the 47th annual convention of the National American Woman Suffrage Association.

Fragmentation of extracellular DNA by long-term exposure to radiation from uranium in aquatic environments

Persistent harmful scenarios associated with disposal of radioactive waste, high-background radiation areas and severe nuclear accidents are of great concern regarding consequences to both human health and the environment. Of particular concern is the extracellular DNA in aquatic environments contaminated by radiological substances. Strand breaks induced by radiation promote decrease in the transformation efficiency for extracellular DNA. The focus of this study is the quantification of DNA damage following long-term exposure (over one year) to low doses of natural uranium (an alpha particle emitter) to simulate natural conditions, since nothing is known about alpha radiation induced damage to extracellular DNA. A high-resolution Atomic Force Microscope was used to evaluate DNA fragments. Double-stranded plasmid pBS as a model for extracellular DNA was exposed to different amounts of natural uranium. It was demonstrated that low concentrations of U in water (50 to 150 ppm) produce appreciable numbers of double strand breaks, scaling with the square of the average doses. The importance of these findings for environment monitoring of radiological pollution is addressed.

Different lead sources in an abandoned uranium mine (Urgeirica - Central Portugal) and its environment impact - isotopic evidence

Different lead sources were identified in a large uranium tailings deposit (5Mton) in the Central Region of Portugal using lead isotopic ratios obtained by ICP-QMS. These ratios helped to clarify the different sources of Pb within the tailings deposit and the impact of the tailings on the surroundings. Ten depth profiles were used for isotopic characterization of the tailings deposit; the lead background signature was evaluated in seven regional rocks (granites) and was defined as being 28 +/- 1 mg kg(-1) for Pb bulk concentration and with isotopic ratios of 1.264(2) for Pb-206/Pb-207 and 1.962(7) for Pb-208/Pb-206. In order to understand Pb isotope distribution within the tailings deposit, simple mixing/mass balance models were used to fit experimental data, involving: (1) the background component; (2) uranium ores (pitchblende) characterized by the ratios Pb-206/Pb-207 of 1.914(3) and Pb-208/Pb-206 of 1.235(2); and (3) an unknown Pb source (named 'Fonte 5') characterized by the ratios Pb-206/Pb-207 of 3.079(7) and Pb-208/Pb-206 of 0.715(1). This unknown source showed high radiogenic ratios found in the water of some tailings depth profiles located in a very specific position in the dump. In terms of isotopic characterization, 69% of the deposit material resulted from the background source, 25% from uranium minerals and only 6% from other uranium mines in the region. Finally, the environment impact revealed that the pollution was focused only in the beginning of the stream and not in the surroundings, nor in the groundwater system. The lead in the water was found only in colloidal form with a clear pitchblende signature. Those data revealed possible remobilization phenomena along the bedside and margins of the watercourse.

From discrete anions to extended solids: new uranium thiophosphates

Die wichtigste Klasse zeotyper Verbindungen sind die Thio- und Selenophosphate der Übergangsmetalle. Ziel dieser Dissertation war die Darstellung und Charakterisierung neuer Uranthiophosphate. Die dargestellten Verbindungen enthalten vierwertige Urankationen, die von acht Schwefelatomen koordiniert sind. Da die enthaltenen Thiophosphatanionen in den meisten Fällen als zweizähnige Liganden fungieren, entstehen dreidimensionale Netzwerke mit pseudotetraedrisch koordinierten Metallzentren. In der Verbindung U(P2S6)2 durchdringen sich drei identische diamantartige Netzwerke, wodurch optimale Raumerfüllung erreicht wird. Die Einführung von Alkalimetallkationen in das System führt zu einer Vielzahl neuer Verbindungen, deren Eigenschaften durch die Stöchiometrie der Edukte und durch die Kationenradien bestimmt werden. Beispielsweise enthält die Kristallstruktur von Na2U(PS4)2 zweidimensionale anionische [U(PS4)2]n-Schichten, während die analoge Verbindung CsLiU(PS4)2 eine poröse dreidimensionale Netzwerkstruktur besitzt. Der Vergleich der untersuchten quaternären und quinären Verbindungen zeigt, dass eine Korrelation zwischen dem Kationenradius und dem Durchmesser der Poren besteht. Dies lässt auf eine Templatfunktion der Alkalimetallkationen beim Aufbau der anionischen Teilstruktur schließen. Die neuen Verbindungen wurden aus reaktiven Polysulfidschmelzflüssen oder durch Auflösen amorpher Vorläufer in Alkalimetallchloridschmelzen synthetisiert. Die Kristallstrukturen wurden durch Einkristall-Röntgenmethoden bestimmt. Ein Vergleich der magnetischen Eigenschaften der Verbindungen beweist, dass in allen untersuchten Fällen U(IV) vorliegt. Die Substanzen zeigen paramagnetisches Verhalten, in UP2S7 und CsLiU(PS4)2 sind außerdem antiferromagnetische Wechselwirkungen zwischen benachbarten Uranatomen nachweisbar.

Spurenanalyse von Uran und Plutonium sowie Speziationsuntersuchungen an Plutonium mit massenspektrometrischen und kapillarelektrophoretischen Methoden

Die Elemente Uran und Plutonium besitzen seit Entdeckung der Kernspaltung und der technischen Nutzung der Kernenergie eine globale Bedeutung. So trägt Pu hauptsächlich zur Radiotoxizität von abgebrannten Brennelementen bei und erfordert im Falle einer Endlagerung in einer tiefen geologischen Formation einen sicheren Verschluss für bis zu einer Million Jahre. Das Wissen über die vorliegenden chemischen Spezies ist dabei entscheidend für das Verständnis der chemisch-physikalischen Wechselwirkungen im jeweiligen geochemischen System, insbesondere mit dem Wirtsgestein (hier Ton) und den allgegenwärtigen Huminstoffen (hier Fulvinsäure). Längerfristig sind so Vorhersagen über einen Transport des hochradioaktiven Abfalls nach Auslaugung und Austritt aus einem Endlager bis in die Biosphäre möglich. Gerade der Ultraspurenbereich, im Fernfeld eines Endlagers zu erwarten, ist dabei von besonderem Interesse. Darüber hinaus machen nuklearforensische Untersuchungen – in Hinblick auf illegal benutztes Nuklearmaterial, Schmuggel oder Nuklearterrorismus – zur Bestimmung der Herkunft, des Alters oder der Radiotoxizität isotopenselektive Nachweismethoden im Ultraspurenbereich notwendig. Im Rahmen dieser Arbeit wurden hierfür die Resonanzionisationsmassenspektrometrie (RIMS) zur isotopenselektiven Spuren- und Ultraspurenanalyse von U und Pu sowie die Kapillarelektrophorese (CE) gekoppelt an die induktiv gekoppelte Plasma (ICP)-Massenspektrometrie (CE-ICP-MS) zur Speziation von Pu eingesetzt. Für den isotopenselektiven Nachweis von Ultraspurenmengen von Uran mittels RIMS wurden vorbereitende Studien durchgeführt und mehrere zweifach resonante Anregungsleitern mit nicht-resonanter Ionisation untersucht. Eine Effizienz von ca. 10^-10 bei einer Nachweisgrenze von 10^12 Atomen U-238 konnte erzielt werden. In Zusammenarbeit mit dem Institut für Radiochemie, TU München, wurde mittels RIMS die Isotopenzusammensetzung von Plutonium, abgetrennt aus einem panzerbrechenden Urangeschoss aus dem Kosovokonflikt, bestimmt und dieses als Waffenplutonium mit einem Gehalt von 15 pg Pu-239/g Uran identifiziert. Rückschlüsse über Herkunft und Alter des Plutoniums konnten daraus gewonnen werden. Für Studien zur Umweltüberwachung von Plutonium in Rheinland-Pfalz wurden Grund-, Oberflächen- und Klärwasserproben mittels RIMS untersucht. Oberhalb der Nachweisgrenze von ca. 10^7 Atomen Pu-239/500 mL konnte kein signifikanter Gehalt bestimmt werden. Zusätzlich wurden Klärschlammproben untersucht, wobei in einer Probe 5,1*10^7 Atome Pu-239/g gemessen wurde, was auf eine Anreicherung von Pu im Klärschlamm aus großen Wasservolumina hindeuten könnte. Speziationsuntersuchungen von Plutonium in Kontakt mit Fulvinsäure und dem Tonmineral Kaolinit wurden in Hinblick auf die Wechselwirkungen im Umfeld eines nuklearen Endlagers durchgeführt. Die Redoxkinetik von Pu(VI) in Kontakt mit Gorleben-Fulvinsäure zeigt eine mit steigendem pH zunehmend schnellere und vollständige Reduktion und ein vergleichbares Verhalten zur Huminsäure. Für ein Plutoniumgemisch aus allen vier umweltrelevanten Oxidationsstufen in Kontakt mit Gorleben-Fulvinsäure konnte nach ca. 1 Monat Kontaktzeit eine fasst vollständige Reduktion zum tri- und tetravalenten Pu beobachtet werden. Sorptionsuntersuchungen der stabilsten Oxidationsstufe, Pu(IV), in Kontakt mit Kaolinit bei pH = 0 bis 13 im Konzentrationsbereich 10^-7 bis 10^-9 mol/L verdeutlichen das ausgeprägte Sorptionsverhalten von Pu(IV) (ca. 60% bis 90% Sorption) im umweltrelevanten pH-Bereich bei einem Einsetzen der Sorption bei pH = 0 bis 2. Im Rahmen des "Colloid and Radionuclide Retardation" (CRR) Experiments im Felslabor Grimsel, Schweizer Alpen, wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut für Nukleare Entsorgung, Karlsruhe, die kolloidgetragene Migration von Pu(IV) in einem Grundwasserstrom durch Scherzonen im Granitgestein unter umweltrelevanten Bedingungen untersucht. Bei Zugabe von im Grundwasser stabilen Bentonitkolloiden – Bentonit wird als ein geeignetes Verschlussmaterial für nukleare Abfälle erforscht – konnte ein erhöhter Transport des Pu(IV) beobachtet werden, der durch Sorption des Pu an die mobilen Kolloide hervorgerufen wird. Zur Speziation von Plutonium im Ultraspurenbereich wurde im Rahmen dieser Arbeit an der Entwicklung der Kopplung der CE mit der sehr sensitiven RIMS gearbeitet. Das Prinzip der offline-Kopplung basiert auf dem Sammeln der zu unterschiedlichen Zeiten am Ende der Kapillare eluierten Oxidationsstufen in einzelnen Fraktionen. Aus jeder Fraktion wird ein eigenes Filament hergestellt und mit RIMS auf seinen Plutoniumgehalt untersucht. Eine erste Validierung der Methode konnte durch Bestimmung der Oxidationsstufenzusammensetzung eines bekannten Gemischs erfolgreich für einen Gehalt von ca. 6*10^9 Atome Pu-239 durchgeführt werden. Dies stellt einen möglichen Zugang zu dem erwarteten Konzentrationsbereich im Fernfeld eines Endlagers dar.