Введение к работе
Актуальность теми. Продолжавшиеся длительное время ядерные испытания и серия крупных аварий на ядерних установках привели к радиоактивному загрязнению значительных территорий и обусловили возникновение ряда районов с неблагоприятной радиоэкологической обстановкой. В частности, катастрофа на Чернобыльской АЭС в 1986 г. породила множество проблем, связанных с оценкой возможности проживания и хозяйственной деятельности населения на загрязнённых радионуклидами территориях.
Одной из первоочередных задач в области изучения и ликвидации последствий ядерных катастроф является определение содержания техногенных радионуклидов в объектах окружающей среда и продуктах питания. Особое внимание в данном направлении уделяется разработке методов и аппаратуры для радиометрии стронция-90, как одного из наиболее опасных в биологическом и экологическом отношениях радионуклидов.Однако специализированная радиометрическая аппаратура для опредления содержания стронция-90 в пробах окружающей среда и, особенно в почве, отсутствует. При многокомпонентном радионуклидном составе проб, контролируемых на содержание стронция-90, а также в случае присутствия в них бета-гамма-излучавдих изотопов с близкими значениями периодов полураспада и граничных энергий бета-излучения, как правило используют метода радиохимического анализа. Практически все наиболее часто применяемые методики основаны на полном радиохимическом анализе проб, длительность которого, включая стадии накопления дочернего радионуклида иттрий-90 и последующую его радиометрию, составляет около двух недель. Экспрессные методики радиохимического анализа позволяют сократить это время до 8-20 часов.
- 3'-
Однако, в'любом случае, радиохимический анализ проб на стронций-9С громоздок, дорог и требует значительных затрат времени, натериалої и реактивов. В силу вышесказанного, актуальна задача разработка инструментальных методов радиометрии стронция-90 в пробах окрунающе среды.Следует отметить, что при радиометрии проб почв в этом случае необходимо учитывать присутствие в них значительного количества
.радионуклидов как техногенного, так и естественного происхождения.
Определение парциальных активностей заданных радионуклидов с
априорно известным качественным составом является задачей изби-
рательноП многокомпонентной радиометрии. Выбор инструментальные методов многокомпонентного радиометрического анализа диктуете! условиями конкретной задачи, но в любом случае качество еб решенш зависит от применяемых технических средств, главным образо; измерительного преобразователя первичного сигнала (блока детектирования) и используемого алгоритма обработки информации.
В научно - последовательной лаборатории радиационных методої неразрупащего контроля -при кафедре ядерной физики Белгосуни-верентета предложен и разработан бета-гамма-радиометр многокомпонентных радионуклидных смесей, основанный на применении комбинированного сцинтилляционого "фосфлч"-детеі;тора. Прибор орнентирова! в первую очередь на анализ содержания стронция-90 в пробах почвы Работы по указанной проблеме являлись составной частью плановой госбюджетной ІШР Белгосушшзрситета на 1930-1995 г.г.по тем "Разработка методов и - аппаратуры для оценки и прогноз радиоэкологической обстановки в Республике Беларусь"(Могос.ре гистрации 01910051502), а также включены в республиканскую научно техническую программу по созданию аппаратуры радиометрического
їозізлетрического контроля (РІГГП 18.02p): п.3.3-" Разработать и эбеспечить випуск экспресс-анализаторов для .' контроля содержания радионуклидов в природних объектах " (1991 -.1993г.г.). Іель работы: Комплексное исследование осноишх характеристшс объекта контроля и комбинированного сщштилляциошюго метода ' детектирования применительно к задаче многокомпонентной избирательной Зета-гамма-радиометрии образцов почв.
В соответствии с поставленной целью необходимо было решить сле-гующие задачи:
1.Проанализировать процессы формирования бета- полей объемных радионуклидных источников и оценить выход и энергетическое распределение бета-частиц.
2.Создать экспериментальную установку и провести исследование бета-спектров объемных источников с равномерным распределением радионуклидов в матрицах с различным элементным составом и плотностью.
3.Теоретически оценить и экспериментально исследовать параметры измерительного преобразователя с комбинированным сцинтиблоком детектирования смешанных бета-гамма-полей ионизирующих излучений.
4.Провести экспериментальные исследования основных метрологических характеристик бета- гамма- радиометра многокомпонентных .радионуклидных смесей и определить его возможности в радиаци- онном мониторинге почвогрунтов. [аучная новизна.Предложена простая модель для оценки выхода бета-:астиц с поверхности объемного радионуклидного источника, ;спользующая угловое распределение Ламберта и расчет максимального
пробега по формуле Фламмерсфельда для оценки параметра самопоглощения и дающая результаты, согласующиеся с экспериментальными в пределах 20-30%.
Теоретически показано и .экспериментально подтверждено, что энергетические распределения бета-частиц на поверхности объемных радионуклидных источников отражают свойстео стабилизации, наблюдаемое после прохождения конечных поглотителей, и имеют специфическую форму для каїсдого конкретного изотопа, а еыход бета-частиц практит Ч8СЮІ нэ зависит от ' плотности и эффективного атомного номера вмещающей матрицы.
Теоретически обоснованы и экспериментально исследованы параметры комбинированного сцинтллляцнонного преобразователя для одновременной регастрацші смешанного бета- гамма- излучеігля с селекцией первичного сигнала но двум каналам с выделенными энергетическими окнами, обеспечивающего потенциально достижимый порог обнаружения активностей в пробе объемом 0,2 литра со . стандартной свинцовой защитой толщиной 5 см за время измерения 3 часа : по стронцшэ-90 = G Бк/кг, по цезию-137 = 4,5 Бк/л, по К-40 = 50 Бк/л.
Практическая значимость работы. Полученные в диссертационной
работе результаты применяются при разработке измерительных прообразователей с комбинированным сцентиблоком детектирования смешанных бета-гамма-полей для радиометров и спектрометров многокомпонентных радионуклидных смесей, создаваемых в научно- исследовательской лаборатории- радиационного неразрушащего контроля при кафедре ядерной физики Белгосуниверситета.
С использованием полученных в * ходе выполнения диссертационной работы данных создан экспресс-анализатор для контроля содержания
радіюнуклвдов в природных объектах. D настоящее. время завершается опытно-конструкторская разработка данного прибора в Минском научно-исследовательском приборостроительном институте. На защиту выносятся:
1 .Методика расчета выхода бета-частиц с поверхности объемного
радионуклидного источника, основанная на использовании углового распределения Ламберта и формулы Фламмерсфелда для определения максимального пробега с целью оценки параметра самопоглощения, позволяющая получать данные, согласующиеся с экспериментальными , в пределах 20-30 процентов.
2 .Теоретически полученные И'экспериментально подтвержденные резу-
льтаты, показывающие, что энергетические распределения бета-частиц на поверхности объемных источников отражают свойство стабилизации бета-спектров, наблюдаемое после прохождения коне-
, чных поглотителей, и имеют специфическую форму для кавдого изотопа, а выход бета-частиц'практически не зависит от плотности и элементного состава вмещающей матрицы.
3. Теоретически обоснованные и экспериментально проверенные параме-, тры комбинированного сцинтилляционного бета- гамма- преобразователя с последующей селекцией первичного сигнала по двум каналам с выделенными энергетическими окнами, обеспечивающего потенциально достижимый порог обнаружения активностей в пробе .объемом 0,2 литра за время^измерения 3 часа : по стронцию-90 '« 6 Бк/кг, по цезию-137 ы 4,5 Бк/Л, по каликн-40 =450 Бк/л. Апробация работы и публикации. Материалы работы докладовались и
эбсуждались на научном семинаре кафедры ядерной физики
Зелгосуниверситета. Основные результаты работы отражены в отчетах о
научно-исследовательской работе НИЛ радиационных методов неразрушаюцего контроля и двух научшх статьях, принятых к печати в нурнале " Известия АН Беларуси".
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 181 страницах машинописного текста; содержит 30 рисунков, 28 таблиц, состоит из введения, четырёх глав, заключения, библографии ,( 92 наименования)