Ραδιολογικός χαρακτηρισμός ραδιενεργών καταλοίπων
Creators: name: Μαυρίκης, Δημήτριος Ι.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2024
Subjects: Ραδιολογικός χαρακτηρισμός
Ραδιενεργά κατάλοιπα
Οδοί διαχείρισης
Κριτήριο αποδέσμευσης
Radiological characterization
Radioactive waste
Management routes
Clearance criterion

description: Η παρούσα διδακτορική διατριβή ασχολείται με τον ραδιολογικό χαρακτηρισμό ραδιενεργών καταλοίπων που η διαχείρισή τους αποτελεί πρόκληση (challenging waste). Αποτελείται από δύο σκέλη, το πρώτο σκέλος αφορά στον ραδιολογικό χαρακτηρισμό εξασθενημένων πηγών 57Co και 68Ge/ 68Ga που χρησιμοποιούνται για την βαθμονόμηση ιατρικών οργάνων και δεν έχουν πιστοποιητικά όταν αποσύρονται, με αποτέλεσμα να μην μπορεί να εκτιμηθεί η ενεργότητά τους. Το δεύτερο σκέλος ασχολείται με τον ραδιολογικό χαρακτηρισμό μεταλλικών καταλοίπων χαμηλής ενεργότητας που προέρχονται από την αποξήλωση ερευνητικών πυρηνικών αντιδραστήρων. Κατά την αποξήλωση των πυρηνικών αντιδραστήρων, παράγεται μεγάλη ποσότητα μεταλλικών καταλοίπων (δεκάδες έως εκατοντάδες τόνοι), τα οποία ανήκουν στις κατηγορίες VLLW, EW. Για τις εξασθενημένες πηγές, απαιτείται ο χαρακτηρισμός για να προσδιοριστεί ο χρόνος που χρειάζεται να φυλαχθεί η πηγή έως ότου ικανοποιηθεί το κριτήριο αποδέσμευσης ώστε να απελευθερωθεί από τον ρυθμιστικό έλεγχο. Στην περίπτωση των μεταλλικών καταλοίπων χαμηλής ενεργότητας, ο χαρακτηρισμός χρειάζεται για να επιλεγεί η οδός διαχείρισής των καταλοίπων (δηλ. άμεση αποδέσμευση από τον ρυθμιστικό έλεγχο, επιλογή των μεθόδων απορρύπανσης και των διαδικασιών αποδέσμευσης και διαχείριση ως ραδιενεργών καταλοίπων όσων δεν μπορούν να αποδεσμευθούν). Στα πλαίσια αυτής της διατριβής αναπτύχθηκε μια τεχνική για τον ραδιολογικό χαρακτηρισμό και την καταγραφή γραμμικών (line) πηγών 68Ge/ 68Ga και επίπεδων (flood) πηγών 57Co. Η τεχνική βασίζεται στον συνδυασμό μη - καταστροφικής μέτρησης γ – φασματοσκοπίας και προσομοιώσεων monte carlo χρησιμοποιώντας τον κώδικα MCNPX. Οι πηγές προσομοιώθηκαν ως πηγές γάμα ακτινοβολίας. Επιπρόσθετα, η πηγή 68Ge/ 68Ga προσομοιώθηκε και ως πηγή ποζιτρονίων. Προκειμένου να επαληθευτεί η τεχνική, χρησιμοποιήθηκαν μια γραμμική πηγή 57Co και μια επίπεδη πηγή 68Ge/ 68Ga για τις οποίες υπήρχαν τα πιστοποιητικά βαθμονόμησης τους. Όσο αφορά στον χαρακτηρισμό των μεταλλικών καταλοίπων προτάθηκε μια διάταξη για την μέτρηση και αναπτύχθηκε η τεχνική με σκοπό την μείωση της αβεβαιότητας της μέτρησης κάτω από 30% και παράλληλα την επίτευξη επαρκούς ευαισθησίας για τα βασικά ραδιονουκλίδια (137Cs και 60Co) σε χρόνο μέτρησης μερικών λεπτών. Στόχος ήταν να επιτυγχάνεται μέσω της μέτρησης η βέλτιστη επιλογή της οδού διαχείρισης των καταλοίπων για εξοικονόμηση χρόνου και πόρων. Για την μη καταστροφική διάταξη γ – φασματοσκοπίας, καθορίστηκαν οι παράμετροι της μέτρησης και εκτιμήθηκαν, με προσομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν με την βοήθεια του κώδικα MCNPX, οι αποδόσεις της μέτρησης για διάφορες γεωμετρίες πηγών (π.χ. ευθύγραμμοι και κυρτοί σωλήνες, μεταλλικές πλάκες). Προσδιορίστηκε επίσης η απόκλιση της απόδοσης από την ομοιογενή περίπτωση ρύπανσης, στην περίπτωση ανομοιογένειας της ενεργότητας για τις γεωμετρίες των μεταλλικών τμημάτων που εξετάστηκαν. Τα μοντέλα επαληθευτήκαν χρησιμοποιώντας πρότυπες πηγές 137Cs που παρασκευάστηκαν στο εργαστήριο.
description: This doctoral thesis deals with the radiological characterization of radioactive waste which their management is a challenge (challenging waste). It consists of two parts. The first part concerns the radiological characterization of spent 57Co and 68Ge/68Ga sources used for the calibration of medical instruments, which lack calibration certificates upon withdrawal, making it impossible to estimate their activity. The second part focuses on the radiological characterization of low-activity metallic waste originating from the decommissioning of research nuclear reactors. During the decommissioning of nuclear reactors, large quantities of metallic waste (tens to hundreds of tons) are produced, which belongs to the VLLW and EW classes. In the case of spent sources, characterization is required to determine the time needed for the source to be stored until the clearance criteria from regulatory control are met. In the case of low-activity metallic waste, characterization is needed to select the appropriate waste management route (i.e., direct clearance from regulatory control, selection of decontamination methods and clearance procedures, or management as radioactive waste if not cleared). As part of this doctoral thesis, a technique was developed for the radiological characterization and recording of line sources of 68Ge/68Ga and flood sources of 57Co. The technique is based on the combination of non-destructive gamma spectroscopy measurement and Monte Carlo simulations using the MCNPX code. The sources were simulated as gamma radiation sources, and additionally, the 68Ge/68Ga source was also simulated as a positron emitter. To validate the technique, a line source of 57Co and a flood source of 68Ge/68Ga with available calibration certificates were used. Regarding the characterization of metallic waste, a measurement setup was proposed, and a technique was developed to reduce measurement uncertainty to below 30% while achieving sufficient sensitivity for key radionuclides (137Cs and 60Co) in a few minutes of measurement time. The goal was to achieve the optimal selection of the waste management route through measurement, saving time and resources. For the non-destructive gamma spectroscopy setup, measurement parameters were determined, and the measurement efficiencies for various source geometries (e.g., straight and curved pipes, metal plates) were estimated through simulations conducted with the MCNPX code. The uncertainty due to activity inhomogeneity for the geometries of the examined metallic parts was also determined. The models were validated using standard 137Cs sources prepared in the laboratory.