Применение программы математической калибровки по эффективности LabSOCS при проведении качественного и количественного гамма-анализа в области учёта и контроля ядерных материалов и ядерного нераспространения

В работе изучены особенности измерения ЯМ в различной геометрии методом гамма-спектрометрии. В исследовании проводился анализ основных геометрий гамма-анализа ЯМ. Рассмотрены геометрии - Маринелли, Дента и точечная. Для геометрий рассчитаны эффективности с использованием программы математической калибровки по эффективности LabSOCS. Все эффективности рассчитаны для коаксиального детектора из особо чистого германия GC 1518 производства фирмы Canberra. Обнаружено, что эффективность геометрий меняется при изменении определённых параметров геометрии и свойств образца. Сделаны выводы о корректности проведения измерений ЯМ в рамках учета и контроля при анализе проб разного сорта.

Цель данной работы рассмотреть особенности измерения ядерных материалов и радиоактивных веществ в различной геометрии методом гамма-спектрометрии с использованием программы математической калибровки LabSOCS.
Для достижения поставленной цели были определены следующие основные задачи:
‒ рассмотреть основные используемые в гамма-спектрометрии геометрические модели для проведения гамма-анализа;
‒ в программе LabSOCS создать шаблоны основных геометрий источников ионизирующего излучения наиболее часто применяемых для гамма-измерений и рассчитать эффективности регистрации выбранных геометрий по созданным геометрическим моделям в зависимости от сорта ядерного материала;
‒ проанализировать полученные результаты и выработать рекомендации по проведению гамма-спектрометрических измерений ядерных материалов в зависимости от их сорта.

Любая форма контроля ядерных материалов и радиоактивных веществ сводится к определению их активности и количества.

Такие задачи решаются методами гамма-спектрометрии.

Количественный анализ изотопа ²³⁵U необходим на всех стадиях производства и процедурах учета и контроля ЯМ, и представляет собой интерес с точки зрения обеспечения ядерной безопасности. В связи с чем исследование способов измерения ядерных материалов является актуальной задачей для обеспечения режима ядерного нераспространения.

Основной проблемой в гамма-анализе является формирование корректной калибровки по эффективности. 

Программа LabSOCS предназначена для формирования калибровки расчетным способом на основании набора данных, описывающих параметры измерений.

В работе используются математические методы калибровки детекторов по эффективности для измерения ядерных материалов.

Для анализа полученных результатов используются рассчётные данные, полученные в программе математической калибровки по эффективности LabSOCS.

По результатам работы в программе LabSOCS созданы шаблоны основных геометрий источников ионизирующих излучений наиболее часто применяемых для гамма-спектрометрических измерений и рассчитаны эффективности регистрации выбранных геометрий по созданным в программе геометрическим моделям.

Также было проведено сравнение максимальных эффективностей, а также удельных эффективностей рассмотренных геометрий и проведён анализ полученных результатов.

Исходя из значений эффективности геометрии, удельной эффективности относительно объёма и активности пробы, можно разработать рекомендации по проведению гамма-спектрометрических измерений проб:

• при гамма-анализе больших проб с высокой активностью целесообразно проводить измерения в точечной геометрии;
• при большом объёме проб, но при низкой активности более эффективно использовать геометрию Маринелли;
• при малом объёме проб и при высокой активности рекомендуется проводить измерения в точечной геометрии;
• при малом объеме и при низкой активности пробы наиболее эффективной геометрией гамма-измерений является геометрия Дента.

Также, исходя из проведённого анализа и разработанных рекомендаций  проведения гамма-спектрометрических измерений была разработана методика выбора геометрии измерений исходя из исходных параметров измерений в виде блок-схемы проведения выбора геометрии измерений.

Помимо решения основных задач в работе был рассмотрен экономический эффект от использования метода проведения калибровок с использованием программы  LabSOCS, и была доказана эффективность и целесообразность использования математических методов калибровки детекторов.

1. Климов А. Н. Ядерная физика и ядерные реакторы
2. Гусев Н. В. Гамма-излучение радиоактивных изотопов и продуктов деления :теория и таблицы
3. Фролов В. В. Ядерно-физические методы контроля делящихся веществ
4. K. Debertin. R. Helmer. Gamma and x-ray spectrometry with semiconductor detectors
5. Колеватов, Юлий Иванович. Спектрометрия нейтронов и гамма-излучения в радиационной физике
6. Панов, Евгений Алексеевич. Практическая гамма-спектрометрия на атомных станциях
7. Calibration method for radiation spectroscopy
8. Кольчужкин A.M., Богданов А.В. Метод Монте-Карло в теории переноса излучений.
9. Бойко В.И., Силаев М.Е. Методы и приборы для измерения ядерных и других радиоактивных материалов
10. Райлли Д., Энсслин Н., Смит Х., Крайнер С. Пассивный неразрушающий анализ ядерных материалов

This work aims to study the main features of the nuclear materials and radioactive substances measurements in the different geometry of gamma spectrometry method. The study analyzes the main usage of geometric models of gamma-analysis of nuclear materials. Marinelli geometry, Denta geometry and a point geometry were considered. For the considered geometries were calculated their efficiency using a LabSOCS mathematical calibration for efficiency program. All efficiencies of geometries were calculated for a coaxial detector of high-purity germanium GC 1518 Canberra's production. It has been found that the efficiency of geometries varies with the specific parameters of the sample geometry and properties. Accordingly, the findings were made on the correctness of the measurement of nuclear material within the framework of accounting and control in the analysis of samples of different varieties.