ПОГРУЖНОЙ ГАММА-СПЕКТРОМЕТР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИОНУКЛИДНОГО СОСТАВА, ОБЪЕМНОЙ АКТИВНОСТИ ВОДЫ И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

Известен погружной гамма-спектрометр [1], принятый в качестве прототипа, представляющий собой размещаемый в герметичном контейнере спектрометрический сцинтилляционный блок детектирования с кристаллом NaI(Tl) размерами ∅ 63×63 мм или ∅ 63×160 мм, вьюшки с глубоководным кабелем и планшетного компьютера для обработки и отображения информации. Контейнер устойчив к статическому гидравлическому давлению до 5 МПа, что позволяет проводить измерения на глубинах до 500 м. Устройство детектирования позволяет измерять энергетическое распределение импульсов гамма-излучения с энергией от 70 до 3000 кэВ. Для определения функций отклика детектора к заданным радионуклидам в требуемых геометриях измерения без использования физических дорогостоящих стандартных мер активности разработаны Монте-Карло модели спектрометра и объектов контроля. Для радиационного контроля водной среды и донных отложений методом in situ разработан и изготовлен многофункциональный портативный гамма-спектрометр. В результате теоретических исследований рассчитаны функции отклика спектрометра к контролируемым радионуклидам в заданных геометриях измерения. Результаты математического моделирования процесса переноса гамма-излучения позволили определить эффективную позицию устройства детектирования в процессе in situ измерений активности радионуклидов 134Cs и 137Cs в донных отложениях. Разработаны численные модели геометрии измерений спектрометра методом Монте-Карло для расположения блока детектирования в горизонтальном и вертикальном положении вплотную к модели дна водоема с учетом плотности грунта донных отложений.
Однако при измерении спектрометром [1] не решена проблема раздельной идентификации радионуклидов в воде и донных отложениях, а также раздельного измерения парциальных удельных активностей радионуклидов в воде и донных отложениях при измерении спектрометром на границе раздела воды и донных отложениях на дне.
Задачей разработки настоящей полезной модели является повышение точности и достоверности идентификации и определения парциальной удельной активности каждого из идентифицированных радионуклидов раздельно в водной среде и донных отложениях в условиях измерения сложной радионуклидной смеси.
Указанный технический результат достигается тем, что в отличие от спектрометра [1] полезная модель включает цифровой с температурной и светодиодной стабилизацией гамма-спектрометр на основе сцинтилляционных кристаллов NaI(Tl) 63×63 мм, BGO 80×100 мм с низкофоновым ФЭУ в капролоновой, до глубины 30 м, или титановой, до глубины 400 м, герметичных капсулах, для которых осуществляется учет наличия собственной объемной активности водной среды при наличии растворенных или диспергированных множественных радионуклидов и осуществляется учет наличия множественных радионуклидов в донных отложениях, причем набор радионуклидов в водной среде и в донных отложениях в общем случае может отличаться. Для идентификации и определения радионуклидов исключительно в водной среде проводится измерение гамма-спектрометром по полезной модели на глубине более 1 м от поверхности водоема и на расстоянии по высоте более 1 м от донных отложений, чем обеспечивается геометрия измерений «бесконечная водная среда». Для указанной геометрии измерений производится идентификация радионуклидов и определение парциальной удельной объемной активности каждого из идентифицированных радионуклидов в водной среде.
Затем гамма-спектрометр по полезной модели помещается на дно водоема в вертикальное или горизонтальное положение и производится одновременное измерений водной среды и донных отложений в геометрии «полубесконечная водная среда-граница раздела-полубесконечный однородный грунт». Для указанной геометрии производится идентификация набора радионуклидов и определяется парциальная удельная активность каждого радионуклида в донных отложениях с учетом предварительного определения радионуклидов в водной среде. При этом, корректный учет наличия радионуклидов в водной среде обеспечивается с использованием модели Монте-Карло полубесконечной водной среды с учетом набора радионуклидов и их удельной активности, полученных в результате предыдущего измерения в геометрии «бесконечная водная среда». Корректный расчет удельной активности радионуклидов в донных отложениях при одновременном их наличии в водной среде производится таким же образом. Подтверждение расчетных моделей Монте-Карло для геометрий измерения «бесконечная водная среда» и «полубесконечная водная среда-граница раздела-полубесконечный однородный грунт» предварительно осуществляется на метрологически аттестованном стенде бассейне-имитаторе с образцовыми растворами радионуклидов.
[1] «Гамма-спектрометр для радиационного мониторинга акваторий и донных отложений», Жуковский А., Аншаков О., Бирило А., Чирикало В., Коновалов Е., Ничипорук А., Савицкий А., Хрущинский А., Кутень С., «Приборы и методы измерений», 2016, т. 7, №3, стр. 256-261