К. С. КУТУЗОВА, А. В. БУШУЕВ, В. Н. ЗУБАРЕВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ПРИМЕНЕНИЕ CdZnTe-ДЕТЕКТОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ОТЛОЖЕНИЙ ЯДЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ОБОРУДОВАНИИ
Данная работа включает исследования нового типа детекторов гамма-излучения, возможности моделирования плутониевых отложений с помощью ториевых фольг, измерения спектров образцов плутония и тория. Особое место занял поиск возможности математической обработки спектров, измеренных с помощью CdZnTe-детектора, содержащих асимметричные пики и не поддающиеся обработке с применением стандартных гамма-спектрометрических программ.
В оборудовании химических предприятий ядерного топливного цикла (трубопроводах, фильтрах, смесителях и др.) происходят отложения ЯМ. Масса отложений может достичь граммов и килограммов ЯМ. Толщина и конфигурация отложения зависят от условий его формирования. Информация о величине отложений необходима для обеспечения ядерной безопасности и составления баланса ядерных материалов.
Контроль предполагает определение массы ЯМ в отложении. Чаще всего измеряют гамма – излучение ЯМ, но результат может быть искажен самопоглощением излучения и поглощением в стенках оборудования.
Контроль отложений плутония – более трудная задача по сравнению с отложениями урана. Спектр излучения плутония сложный, содержит пики отдельных изотопов Pu и других радионуклидов (241Am, членов цепочки распадов 236Pu, продуктов деления и 237Np). С помощью обычно используемых для контроля отложений NaI- спектрометров выделить пики плутония в спектре невозможно.
Цель данной работы – исследовать возможность применения неохлаждаемых CdZnTe- детекторов для контроля плутониевых отложений. Это позволит наблюдать отдельные пики 239Pu в широком интервале энергии 100-600 кэВ (рис.1). Диапазон измерений смещается в сторону более высоких энергий, где самопоглощение сравнительно невелико. Измерив относительную интенсивность отдельных низкоэнергетических и высокоэнергетических пиков 239Pu можно, введя поправки на самопоглощение, оценить толщину слоя отложения.
Объем поставляемых CdZnTe- детекторов обычно составляет 0.5-3 см3, поэтому их эффективность мала. Однако при измерениях мощных источников гамма-излучения (например, плутониевых отложений) этот недостаток превращается в достоинство, позволяющее приближать детектор к измеряемому объекту.
Рис. 1. Спектр гамма-излучения образца Pu
Согласно лицензии на использование радиоактивных веществ в МИФИ не могут проводиться работы с плутонием, поэтому для моделирования отложений плутония использовали ториевые металлические фольги толщиной 0,15 – 1,50 г/см2. Трудности возникли из-за относительно слабой активности тория, поэтому измерения занимают больше времени, чем при измерениях с плутонием. Однако по своим поглощающим свойствам торий может моделировать слои отложения плутония, а в спектре гамма-излучения тория присутствует ряд пиков в диапазоне энергии, подходящем для измерения отложения плутония. Поэтому ториевые фольги можно использовать для разработки метода оценки толщины отложения по отношению интенсивности двух пиков.
Спектры с затянутыми пиками, измеренные на CdZnTe-детекторе, плохо поддаются обработке с помощью стандартных гамма-спектрометрических программ, специализированные программы отсутствуют. Одной из составляющих данной работы было приспособление программы Genie-2000 фирмы (Canberra) для обработки спектров, измеренных с помощью CdZnTe- детектора. Корректность предложенного метода обработки было подтверждено путем сравнения полученных результатов с данными аналогичных измерений на Ge- спектрометре.
По итогам работы сделаны следующие выводы: CdZnTe-детекторы являются удобными приборами, подходящими для измерений отложений плутония. Они могут помещаться вблизи контролируемых отложений при пространственных ограничениях. Еще одно важное достоинство: их масса в снаряженном состоянии (с коллиматором и защитой) много меньше, чем у NaI-детекторов, что очень важно для работы оператора. Программа Genie-2000 приспособлена для обработки спектров, измеренных на CdZnTe- детекторе. Показана возможность моделирования плутониевых отложений фольгами из тория.
