О ВОЗМОЖНОСТЯХ ПОВЫШЕНИЯ КОНТРАСТНОСТИ ПРИ ИЗМЕРЕНИЯХ ОБЪЕМНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ 131I СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫМИ γ-СПЕКТРОМЕТРАМИ

Maxim P. Belousov, Oleg V. Ignatyev, Eugenia A. Kupchinskaya, Anton V. Kupchinsky, Sergey G. Morozov, Aleksey A. Pulin

Аннотация


Основная проблема измерения объемной концентрации 131I (g-линия 364 кэВ) гамма-спектрометрами со сцинтилляционными детекторами низкого разрешения (NaI:Tl, CsI:Tl) обусловлена перекрытием с комптоновским краем (384 кэВ) от сопутствующего излучения 76As. Проблема может быть в значительной степени устранена улучшением энергетического разрешения спектрометра, увеличением объема кристалла или использованием антикомптоновского спектрометра. С применением моделирования методом Монте-Карло (пакет GEANT4) были исследованы два последних способа увеличения контрастности аппаратурных энергетических спектров. Выяснено, что 8-кратное увеличение объема сцинтиллятора улучшает отношение площади пика 131I к площади комптоновского континуума под ним от излучения 76As лишь в 1.42 раза. Поэтому основное внимание было уделено сравнительным исследованиям конструкций антикомптоновских детекторов на основе кристаллов CsI:Tl в детекторе-анализаторе и детекторе-протекторе. Предложены варианты конструкций антикомптоновских детекторов,  пригодных для жестких условий применения на АЭС. В первой из них кристалл-протектор в виде диска с диаметром равным диаметру кристалла-анализатора, а во второй – в виде “стакана”, надеваемого на кристалл-анализатор. Толщина кристаллов-протекторов в обоих случаях равна 10 мм. Ожидаемое улучшение  контрастности по отношению к однокристальной конструкции может достигать трех и более раз. Намечены направления дальнейшего совершенствования двухкристальных спектрометров, предназначенных для мониторирования содержания в воздухе радионуклида 131I. Наиболее перспективным представляется известный с 1960-х годов аппаратно-программный метод, использующий вычитание из спектра антисовпадений (антикомптоновский спектр) части спектра совпадений. Современные ядерная электроника и компьютеры  делают возможным успешное применение этого метода в промышленных спектрометрических установках. Контрастность результирующих спектров может быть увеличена на порядок и более по сравнению с простыми спектрами антисовпадений. 

Ключевые слова:энергетическое разрешение, пик полного поглощения, g-линии, комптоновское рассеяние, антисовпадения, детектор-анализатор, детектор-протектор

DOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2017.21.3.002


Полный текст:

PDF (RUSSIAN)

Литература


Debertin K., Helmer R.G. Gamma- and X-ray spectrometry with semiconductor detectors. Elsiver Publ. 1988. Amsterdam. 399 p.

Knoll G.F. Radiation Detection and Measurement (3-rd Edition): John Wiley & Sons, Inc., 2000. 802 p.

Vartanov N.A., Samoilov P.S. Prikladnaia stsintilliatsionnaia gamma-spektrometriia [Applied scintillation gamma-spectrometry]. M.: Atom Publ., 1969. 464 p. (in Russian).

Belousov M.P., Gromyko M.V., Ignatyev O.V. Scintillation -Spectrometers for Use at Nuclear Plants (Review). Instruments and Experimental Techniques, 2017, vol. 60, no. 1. pp. 1-19. DOI: 10.1134/S0020441217010171.

Allison J., Amako K, Apostolakis J., Arce P., Asai M., Aso T., Bagli E., Bagulya A., Banerjee S., Barrand G., Beck B.R., Bogdanov A.G., Brandt D., Brown J.M.C., Burkhardt H., Canal Ph., Cano-Ott D., Chauvie S., Cho K., Cirrone G.A.P., Cooperman G., Cortés-Giraldo M.A., Cosmo G., Cuttone G., Depaola G., Desorgher L., Dong X., Dotti A., Elvira V.D., Folger G., Francis Z., Galoyan A., Garnier L., Gayer M., Genser K.L., Grichine V.M., Guatelli S., Guèye P., Gumplinger P., Howard A.S., Hřivnáčová I., Hwang S., Incerti S., Ivanchenko A., Ivanchenko V.N., Jones F.W., Jun S.Y., Kaitaniemi P., Karakatsanis N., Karamitros M., Kelsey M., Kimura M., Koi T., Kurashige H., Lechner A., Lee S.B., Longo F., Maire M., Mancusi D., Mantero A., Mendoza E., Morgan B., Murakami K., Nikitina T., Pandola L., Paprocki P., Perl J., Petrović I., Pia M.G., Pokorski W., Quesada J.M., Raine M., Reis M.A., Ribon A., Ristić Fira A., Romano F., Russo G., Santin G., Sasaki T., Sawkey D., Shin J.I., Strakovsky I.I., Taborda A., Tanaka S., Tomé B., Toshito T., Tran H.N., Truscott P.R., Urban L., Uzhinsky V., Verbeke J.M., Verderi M., Wendt B.L., Wenzel H., Wright D.H., Wrightl D.M., Yamashita T., Yarba J., Yoshida H. Recent developments in Geant4. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 2016, vol. A835, pp. 186-225.

Sharapov E.I. [Radiation capcure of neutrons by lightest particles]. Fizika elementarnykh chastits i atomnogo iadra [Physics of elemental particles and atomic nucleus]. Dubna. Joint Institut of Nuclear Research: 1981, vol. 12, no. 4, pp. 962-1000 (in Russian).

Zhang W., Keeshan B., Mekarski P., Yi J., Ungar K. Performance evaluation and optimization for a newly developed digital list-mode data acquisition Compton suppression spectrometer. Applied Radiation and Isotopes, 2013, vol. 81, pp. 96-102. DOI: 10.1016/j.apradiso.2013.02.002.

Baburajan A., Rao D.D., Sudheendran V., Ravi P.M., Tripathi R.M. Performance evaluation of Compton suppression gamma spectrometer for low level environmental measurements. Radiation Protection and Environment, 2014, vol. 37, no. 1. pp. 38-41.

Organic Scintillation Materials and Assemblies. Available at: http://www.crystals.saint-gobain.com/sites/imdf.crystals.com/files/documents/organics-brochure.pdf (accessed 11 March 2017).

Ignatyev O.V., Belousov M.P., Morozov S.G., Gorbunov M.A. Sposob uluchsheniia energeticheskogo razresheniia stsintilliatsionnogo gamma-spektrometra [Method of improving of scintillation spectrometer energy resolution]. Patent RF, no. 2593617, 2016. (in Russian).

Evans A.E., Brown B. Anticoincidence shielded gamma-ray spectrometer for nuclear reaction studies. Rev. Sci. Instr., 1966, vol. 37, no. 8. pp. 991-999.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.