Материал: Бушуев Методы и приборы измерений ядерных материалов 2011

Следует учитывать, что наряду с гамма-квантами указанных энергий, 182Ta испускает и другие, более интенсивные и жесткие излучения, комптоновское рассеяние которых создает фон под измеряемыми пиками, увеличивая погрешность измерения.

Фоновые излучения ЯМ также могут мешать измерениям, особенно рентгеновское излучение урана 98,4 кэВ, близкое по энергии к измеряемому излучению 100,1 кэВ 182Ta. Для уменьшения наложений пиков, образуемых этими излучениями, требуется спектрометр с разрешением не хуже 800 эВ при 122 кэВ. С учетом требований к измерительной системе, был выбран подходящий планарный детектор с высокой разрешающей способностью и высокой эффективностью регистрации мягкого γ-излучения.

Большая толщина свинца в конструкции измерительной установки значительно ослабляет внешнее фоновое излучение, а также

защищает участников работы в практикуме от жесткого излучения

182Ta.

Существуют два способа определения концентрации ЯМ в растворе путем проведения дополнительных опытов:

дополнительное измерение коэффициентов пропускания через матрицу (растворитель) излучения внешнего источника;

измерение коэффициентов пропускания через стандартный образец с известной концентрацией ЯМ.

Порядок выполнения работы

1. Градуировка спектрометра с помощью источников из набора ОСГИ. Проведите измерение спектра гамма-излучения от нескольких источников из набора ОСГИ в течение 5-10 минут (241Am, 57Co, 137Cs). По результатам измерения проведите градуировку измерительной системы по энергии и разрешающей способности, с помощью программы GammaVision. Сохраните полученную градуировку.

2. Проведите измерение спектра излучения источника 182Ta без образца-имитатора раствора (время измерения – 3-5 мин). В полученном спектре идентифицируйте пики с энергиями 100,1 и 152,4 кэВ. Обработайте спектр с помощью программы GammaVision и занесите результаты определения скорости счета импульсов в пиках 100,1 и 152,4 кэВ в табл. 4.3. Эта информация необходима при

81

расчетах коэффициентов пропускания для всех последующих измерений.

3. Проведите измерение пропускания излучения 182Ta через материал матрицы (время измерения – 3-5 мин). С помощью программы GammaVision определите скорости счета в пиках с энергиями 100,1 кэВ и 152,4 кэВ и занесите их в табл. 4.3. Рассчитайте коэффициенты пропускания через матрицу для обеих энергий γ- квантов.

Таблица 4.3

Результаты измерения с матрицей

μmρm = −lnTm / d

Рассчитайте поправочный коэффициент, учитывающий поглощение гамма-излучения ЯМ в матрице:

ρmΔμm = μmρm(100,1 кэВ) −μmρm(152,4 кэВ)

Δμ Δμ

иего погрешность. Эти данные Вам понадобятся в последующих измерениях.

4.Проведите измерения образца раствора урана с неизвестной концентрацией. С помощью программы GammaVision определите значения скорости счета в пиках с энергиями 100,1 кэВ и 152,4 кэВ

изанесите их в табл. 4.4.

Рассчитайте концентрацию урана в исследуемом растворе без учета поглощения гамма-излучения в матрице:

Рассчитайте концентрацию урана в исследуемом растворе с учетом поглощения гамма-излучения в матрице:

82

Сравните полученные значения концентрации урана с учетом их погрешностей и сделайте вывод о значимости влияния матрицы на конечный результат.

Таблица 4.4

Результаты измерения с неизвестным образцом раствора урана

5. Проведите измерения со стандартным образцом-имитатором раствора урана. С помощью программы GammaVision определите значения скорости счета в пиках с энергиями 100,1 кэВ и 152,4 кэВ и занесите их в табл. 4.5. Рассчитайте коэффициенты пропускания для стандартного образца и концентрацию урана в исследуемом растворе по формуле (4.9).

Таблица 4.5

Результаты измерения с урановым стандартом

Сравните результаты определения концентрации урана двумя методами.

6. Повторите аналогичные измерения с образцами растворов тория. Результаты обработки спектров занесите в табл. 4.6 и 4.7 и рассчитайте по ним коэффициенты пропускания.

83

Таблица 4.6

Результаты измерения с неизвестным образцом раствора тория

Рассчитайте концентрацию тория в исследуемом растворе без учета поглощения гамма-излучения в матрице:

Рассчитайте концентрацию тория в исследуемом растворе с учетом поглощения гамма-излучения в матрице:

Сравните полученные значения концентрации тория с учетом их погрешностей и сделайте вывод о значимости влияния матрицы на конечный результат.

7. Проведите измерения со стандартным образцом-имитатором раствора тория. С помощью программы GammaVision определите значения скорости счета в пиках с энергиями 100,1 кэВ и 152,4 кэВ и занесите их в табл. 4.7. Рассчитайте коэффициенты пропускания для стандартного образца и концентрацию тория в исследуемом растворе по формуле (4.9).

Таблица 4.7

Результаты измерения с ториевым стандартом

Сравните результаты определения концентрации тория двумя методами.

84

Отчет о работе

По результатам, полученным при выполнении работы, составляется краткий отчет, включающий:

1.Краткое описание денситометрии на K-крае поглощения/

2.Заполненные таблицы с результатами измерений.

3.Результаты расчета концентраций ЯМ в измеренных образ-

цах.

4.Заключение.

Все результаты представляются с погрешностями.

Контрольные вопросы к работе 4

1.Каким образом можно учесть ослабление гамма-излучения в стенке контейнера?

2.По каким критериям следует выбирать источники γ-излучения для денситометрии на K-крае поглощения?

3.Назовите преимущества и недостатки использования рентге-

новских установок по сравнению с γ-источниками для проведения денситометрических анализов.

4.Какие преимущества имеет планарный детектор перед коаксиальным для ККД с 182Та источником?

5.Для чего нужно коллимировать излучение источника в опытах по денситометрии?

6.Изобразите примерную зависимость вероятности ослабления гамма-излучения от его энергии для ККД растворов МОХ-топлива.

7.Применима ли денситометрия на K-крае поглощения для контроля металлических изделий, порошков, сплавов с Al?

8.Как связана погрешность ККД-анализа с величиной пропускания?

85