Θεωρητικός και πειραματικός προσδιορισμός πεδίων ραδιενέργειας με εφαρμογή στην βιομηχανία ανακύκλωσης παλαιών μετάλλων:
Creators: name: Τακούδης, Γεώργιος Θ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2010
Subjects: Monte Carlo προσομοίωση
Ελάχιστη ανιχνεύσιμη ενεργότητα
Πύλες ελέγχου ριαδιενέργειας
Πλαστικοί σπινθηριστές
Monte Carlo
MDA
Radiation portal monitors
Plastic scintillators

description: Η παρουσία ραδιενεργών πηγών ή ρυπασμένων μετάλλων σε φορτία σκραπ είναι μείζον πρόβλημα που απασχολεί ολοένα και περισσότερο τις βιομηχανίες ανακύκλωσης παλαιών μετάλλων, καθώς όλο και περισσότερος χάλυβας παράγεται από την ανακύκλωση του σκραπ. Έτσι, χρησιμοποιούνται πύλες ελέγχου ραδιενέργειας για την σάρωση των φορτίων προς ανακύκλωση. Ενώ πολλές πηγές έχουν ανιχνευτεί, δεν έχουν αποτραπεί πλήρως τα περιστατικά τήξης πηγών. Το γεγονός αυτό έχει ωθήσει την έρευνα προς την βελτίωση της ικανότητας ανίχνευσης των πυλών ελέγχου ραδιενέργειας. Παρόλα αυτά, δεν έχει προταθεί κάποιος τρόπος για τον υπολογισμό της ελάχιστης ανιχνεύσιμης ενεργότητας διαφόρων ραδιονουκλιδίων σε φορτία σκραπ. Στην παρούσα διατριβή επιχειρείται ο προσδιορισμός ελαχίστων ανιχνεύσιμων ενεργοτήτων σε φορτία σκραπ, με προσομοιώσεις Monte Carlo. Για τον λόγο αυτό, ελέγχθηκε καταρχάς η δυνατότητα προσομοίωσης του σκραπ μέσω σύγκρισης προσομοιωμένων και πειραματικών φασμάτων ροής φωτονίων που ελήφθησαν σε σκραπ με εισηγμένη γνωστή ραδιενεργή πηγή, με ανιχνευτή HPGe. Έπειτα, δημιουργήθηκε ένα μοντέλο πυλών ελέγχου ραδιενέργειας πλαστικών σπινθηριστών. Αυτό επετεύχθη με την σύγκριση μετρήσεων απόκρισης και φασματοσκοπίας, με αντίστοιχες Monte Carlo προσομοιώσεις γ-ακτινοβολίας και οπτικών διεργασιών. 'Έπειτα, το επικυρωμένο μοντέλο πυλών ελέγχου ραδιενέργειας δοκιμάστηκε σε γεωμετρίες που περιλαμβάνουν ομογενή φορτία και φορτία σκραπ. Έχοντας διαπιστώσει σε ποιές περιπτώσεις είναι επιτυχής η προσομοίωση, υπολογίστηκαν οι ελάχιστες ανιχνεύσιμες ενεργότητες τριών συχνά χρησιμοποιούμενων ραδιενεργών πηγών (137Cs, 60Co, 192Ir) καθώς και οι θέσεις που καθιστούν δυσκολότερη την ανίχνευσή τους σε κάθε φορτίο. Για τον υπολογισμό αυτό, χρησιμοποιήθηκε ο αλγόριθμος συναγερμού της πύλης ελέγχου ραδιενέργειας. Τα αποτελέσματα της έρευνας, έδειξαν πως η απόκριση των πυλών ελέγχου ραδιενέργειας με πλαστικούς ανιχνευτές εξαρτάται από το ενεργειακό εύρος μέτρησης των ανιχνευτών. Οι πιο ανομοιογενείς τύποι σκραπ είναι δύσκολο να προσομοιωθούν, ενώ για τους άλλους τύπους σκραπ αρκεί μια μεταβολή στην κ.β. σύστασή τους σε σίδηρο της τάξης του 3-4% ώστε να επιτευχθεί μια επαρκής προσομοίωση. Οι θέσεις δυσκολότερης ανίχνευσης ραδιενεργών πηγών εξαρτώνται από την πυκνότητα του σκραπ του εκάστοτε φορτίου και από τις ενέργειες της γ-ακτινοβολίας που εκπέμπει η κάθε πηγή. Οι μέγιστες ελάχιστες ανιχνεύσιμες ενεργότητες που υπολογίστηκαν για την χειρότερη περίπτωση ήταν 5 mCi για το 137Cs, 0.2 mCi για το 60Co και 18 mCi για το 192Ir, με την παραδοχή ότι οι πηγές δεν είναι θωρακισμένες. Το μοντέλο που αναπτύχθηκε μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό ελαχίστων ανιχνεύσιμων ενεργοτήτων για διάφορες γεωμετρίες και ραδιονουκλίδια.
description: The existence of radioactively contaminated scrap metal due to orphan sources or contaminated metals is a major problem for the scrap metal recycling industries, since increasingly more steel is produced through scrap metal recycling. Therefore, radiation portal monitors have been installed in the entrance of these industries in order to scan all incoming scrap metal loads. While many radioactive sources have been detected, there are still incidents of source smelting. This fact has led conducted research towards the improvement of the radiation portal monitors' detection characteristics. However, no method for determining the minimum detectable activity of any source in scrap metal loads has been proposed so far. In the present thesis, a method for determining minimum detectable activities through Monte Carlo simulations is proposed. In order to achieve that, the possibility of simulating scrap metal with Monte Carlo techniques is investigated first. This was done through the comparison of measured spectra obtained with an HPGe detector from a scrap load with an embedded radioactive source and simulated ones. Subsequently a model of plastic scintillator radiation portal monitors was created. In order to validate this model, a set of measurements and spectra was taken with the radiation portal monitors and was then compared to analogous optical and gamma particle Monte Carlo simulations. After the model validation, the load – portal monitor geometry was simulated for both homogenous loads and scrap loads. The obtained results were compared to corresponding measured ones in order to define the cases which could be modeled adequately. Using the aforementioned geometry the minimum detectable activities of three common radioactive sources (137Cs, 60Co, 192Ir) were calculated. The calculations were done using the portal monitor's alarm algorithm. The results of the research have shown that the plastic scintillator radiation portal monitor response depends on their measuring energy range due to optical phenomena. While highly inhomogeneous scrap loads could not be successfully simulated, more homogenous loads were adequately simulated after changing the per weight concentration of iron in scrap metal 3-4%. The worst detection positions in each scrap load depend on both the mean scrap density and the gamma-ray energies emitted by each radioactive source. The maximum minimum detectable activities for the worst cases considered were 5 mCi for 137Cs, 0.2 mCi for 60Co and 18 mCi for 92Ir unshielded sources. The proposed model can be used in order to determine minimum detectable activities for various geometries and radionuclides.