1 июля 2016

В МИФИ создан ксеноновый гамма-спектрометр для сортировки и сегрегации радиоактивных отходов

НИЯУ МИФИ

С увеличением числа вновь вводимых энергоблоков АЭС, а также выводом из эксплуатации старых перед энергетиками встает вопрос, связанный с утилизацией отработавшего топлива и, в частности, оптимизацией выбора типа захоронения радиоактивных отходов (РАО). Для эффективной сортировки радиоактивных отходов требуется правильно определять уровень активности РАО. Для этих целей используются гамма-спектрометры с хорошим энергетическим разрешением, позволяющие устанавливать с высокой точностью состав и концентрацию отдельных радионуклидов в каждом образце. Кроме того, разделяя РАО с учетом их активности и изотопного состава можно достичь экономического эффекта, снизив затраты на захоронение.

В настоящее время существует большое разнообразие детекторов для регистрации гамма-излучения. Все они отличаются по режиму работы, способу производства, условиям работы, а также имеют разные энергетические разрешения. Для создания установки по сортировке и сегрегации радиоактивных отходов требуется детектор с оптимальным уровнем энергетического разрешения. К тому же, он должен быть устойчив к вибрациям, акустическим шумам, иметь подходящие габариты с учетом параметров конструкции. Немаловажным фактором для выбора детектора является его стоимость и возможность создания необходимых условий, при которых данный детектор будет эффективно регистрировать излучение.

Наиболее перспективным рабочим веществом для создания современных гамма-детекторов на основе благородных газов является ксенон. В радиационной лаборатории кафедры экспериментальной ядерной физики и космофизики (№7) студентом 5 курса Евгением Петковичем (научный руководитель – к.ф.-м.н., профессор В.В. Дмитренко) разработан ксеноновый гамма-спектрометр (КГС) на основе тонкостенного четырех литрового ксенонового гамма-детектора (КГД) для установки по сортировке и сегрегации радиоактивных отходов. «С помощью ксеноновых гамма-детекторов можно получить энергетическое разрешение около 2% для гамма-квантов с энергией 1 МэВ. К тому же, такой детектор менее затратный в изготовлении, его можно создать с различными размерами. В отличие от полупроводниковых детекторов на основе германия, нуждающихся в охлаждении их до температуры жидкого азота, данный спектрометр может работать даже в полевых условиях», – прокомментировал изобретение Евгений Петкович.

По словам молодого ученого, в ходе создания спектрометра была разработана система передачи спектрометрической информации через интерфейс RS-485, проведено тестирование КГС в лабораторных условиях и испытана возможность обнаружения и идентификации радионуклидов. Исследования показали, что источник 137Cs с активностью ~ 9 кБк может быть обнаружен и идентифицирован КГС с расстояния 5 см от детектора за 5-10 секунд.

Также ксеноновый гамма-спектрометр прошел тест на выработку команд («bad» или «good»), в связи с чем был получен протокол с учетом превышения 3σ над фоном и минимальных значений активности от всех гамма-линий конкретного гамма-источника в Бк/г в соответствии с ОСПОРБ-99/2010 и СПОРО-2002.