Измерение активности радионуклидов в счетных образцах на сцинтилляционном гамма-спектрометре с использованием программного обеспечения «Прогресс-2000»

 

При обнаружении радиационной аномалии при проведении пешеходной гамма-съемки проводится гамма-спектрометрическое исследование проб грунта, отобранных в пределах аномалии. Контролю подлежат радий-226, радий-228 и торий-228. В отдельных случаях значимую опасность могут представлять также калий-40 и цезий-137.

Для точного (с погрешностью не более 10 - 20%) измерения содержания ЕРН и цезия-137 в пробах и материалах используют гамма-спектрометрический анализ счетных образцов с обработкой результатов на ПЭВМ.

Основным итогом измерений является определение значений активности радия-226, радия-228, тория-228 (если не достигнуто радиоактивное равновесие с радием-228), калия-40 и цезия-137 в счетном образце и расчет погрешности каждого измеренного значения.

Регистрация излучения и обработка спектров при измерении счетных образцов производится с использованием программно-аппаратурного комплекса ПРОГРЕСС-2000 (далее «комплекс»). Обработка спектров выполняется автоматически, либо «матричным» методом, если радионуклиды ториевого семейства - радий-228 и торий-228 находятся в состоянии радиоактивного равновесия (радиоактивное равновесие в семействе радия-226 всегда достигается путем герметизации и выдержки образца), либо «генераторным» методом, если радиоактивное равновесие между радием-228 и торием-228 нарушено.

 

Средства измерений

 

Для регистрации гамма-излучения от счетного образца используется гамма-спектрометрический тракт со сцинтилляционным блоком детектирования (СБД), который включает в себя сцинтиллятор, ФЭУ с делителем высокого напряжения и спектрометрический усилитель импульсов. В качестве сцинтиллятора используются кристаллы NaI(Tl) или CsI(Na) различных размеров и конфигураций.

СБД располагается в специальном свинцовом экране для его защиты от внешнего гамма-излучения.

Для проведения калибровки гамма-спектрометра по энергии и контроля за сохранностью параметров установки в состав спектрометра включается комбинированный источник Cs-137+K-40 в специальном сосуде для его экспонирования.

Для экспонирования счетных образцов в зависимости от геометрической конфигурации сцинтилляционного кристалла применяются различные измерительные кюветы.

Для преобразования аналогового спектрометрического сигнала, поступающего с выхода СБД, в цифровой применяется амплитудно-цифровой преобразователь (АЦП), выполненный либо в виде платы, встроенный в ПЭВМ, либо в виде отдельного блока, подключенного к порту ПЭВМ.

Управление работой АЦП производится при помощи специальных программ (драйверов), входящих в состав программного пакета ПРОГРЕСС-2000.

Обработка спектров, расчет значений активности и погрешности производится на ПЭВМ с использованием программного пакета ПРОГРЕСС-2000.

При аттестации гамма-спектрометра устанавливаются следующие метрологические характеристики:

- энергетический диапазон работы спектрометрического тракта;

- значения чувствительности для каждого из измеряемых нуклидов в измерительных энергетических интервалах;

- зависимость энергетического разрешения и эффективности регистрации гамма-квантов от энергии;

- значения минимально измеряемой активности;

-контрольная скорость счета от калибровочного источника в определенном энергетическом интервале.

Значения чувствительности заносятся в программу матричной обработки в виде матрицы. Коэффициенты, характеризующие зависимость энергетического разрешения и эффективности регистрации гамма-квантов от энергии, заносятся в программу генератора спектров.

Все встречаемые на практике задачи можно условно разделить на три класса:

1. Построение энергетической шкалы. Задачи этого класса определяют зависимость энергии от номера канала. При этом могут быть использованы различные алгоритмы поиска пиков и граничных энергий гамма спектра, или сравнения измеренного спектра с опорным. В результате обработки ПРОГРЕСС-2000 строит зависимость энергии от номера канала и записывает ее в измерительное устройство. При этом в таблицу результатов выводятся позиции двух реперов и контрольная скорость счета на некотором энергетическом интервале. Как правило в качестве реперов используются энергии пиков полного поглощения или граничные энергии гамма спектров. При каждой обработке программа устанавливает маркеры в соответствующие реперам позиции.

2. Сохранение спектра на диске. Задачи этого класса используются для измерений фона или спектров градуировочных источников. В том случае, если на диске уже существует файл со спектром измеренным ранее ПРОГРЕСС-2000 сравнивает этот спектр с измеряемым, и в том случае, когда спектры статистически достоверно отличаются друг от друга выводит в статусной строке сообщение: ”Новый фон отличается от измеренного ранее”. В таблицу результатов выводятся скорости счета на контрольных энергетических интервалах. После значения скорости счета для измеренного спектра в скобках приводится скорость счета на том же интервале для спектра измеренного ранее.

3. Расчет активности. ПРОГРЕСС-2000 представляет измеренный спектр как сумму спектров отдельных радионуклидов. Полученные значения активности и погрешности для каждого радионуклида выводятся в таблицу результатов. Используя кнопки панели инструментов пользователь может изменить предполагаемый радионуклидный состав. В зависимости от состояния переключателя на экран вместе с измеряемым спектром выводится сумма спектров всех радионуклидов, или спектр одного из них.