Погружной гамма-спектрометрический трал

Категории: 

Современные погружные гамма-спектрометры как правило включают сцинтилляционные детекторы на основе NaI(Tl) или BGO с размерами кристаллов около 63х63 мм и более, вместе с гамма-спектрометрическим трактом упакованные в капсулу из нержавеющей стали, титана, карбона или капролона, позволяющие выдержать высокое давление при погружении на большие глубины. При этом угловая диаграмма направленности таких спектрометров квазиизотропная и они обеспечивают определение радионуклидного состава воды в радиусе около полуметра от спектрометра с учетом поглощения гамма-излучения в более толстых слоях воды. Поиск локальных источников низкоэнергетического гамма-излучения на дне акваторий представляет собой другую задачу, которую затруднительно выполнить стандартными погружными гамма-спектрометрами. Это связано с тем, что изотропная по углам диаграмма чувствительности таких спектрометров и значительные объемы кристаллов делают их чувствительными к композиции естественных радионуклидов, растворенных в воде и содержащихся в грунте -радий(Ra-226), торий (Th-228), калий (K-40) и других. Особенно высоким является эффект воздействия на детектор спектрометра гамма-излучения растворенного в воде и содержащегося в грунте К-40, формирующего пик 1,458 МэВ и комптоновский пьедестал в измеренном спектре спектрометра.

С учетом того, что низкоэнергетическое гамма-излучение требуемых к поиску источников имеет основные линии спектра в диапазоне до 500 кэВ, а основной и самой сильной линией является линия Am-241 59,5 кэВ, актуально обеспечить угловую диаграмму чувствительности поискового погружного спектрометра в сторону дна и производить измерения при поиске таким образом, что бы слой воды между объектом и спектрометром не превышал 10 см. Это связано с тем, что даже слой воды 10 см плюс 10 мм карбона и 1 мм алюминия приводит к уменьшению амплитуды пика Am-241 с энергией 59,5 кэВ на спектре более чем в 10,8 раз с уширением пика. В качестве примера приведен спектр источника Am-241, измеренный спектрометром NaI(Tl) 76×10 мм с энергетическим разрешением 7,5% на расстоянии 10 см от источника 1 105 Бк через карбоновую капсулу 1 см толщиной в воздухе и через слой воды 10 см. Видно, что через воздух три пика америция разрешаются, через воду происходит уширение пиков за счет рассеяния и уменьшение интеграла в пике за счет поглощения в воде (рис. 1). На расстояниях более 25 см через слой воды источник, содержащий Am-241 за счет ослабления более чем в 200 раз практически не возможно обнаружить (рис.2).

С учетом этих фактов, разработан погружной гамма-спектрометрический трал, включающий прочную разъемную карбоновую капсулу чечевицеобразной формы, к нижней образующей которой с внутренней стороны монтируется детектор гамма-спектрометра на основе NaI(Tl) диаметром 150 мм толщиной 25 мм, просматриваемый низкофоновым ФЭУ с цифровым гамма-спектрометрическим трактом СЕГР-МСА527-СЦ на 2048 каналов. С тыловой стороны детектор и ФЭУ имеют свинцовую защиту толщиной 50 мм, обеспечивающую ослабление гамма-линии K-40 1458 кэВ в 20,7 раз. Так же свинцовая защита обеспечивает отрицательную плавучесть наполненной воздухом погружной капсулы. Свинцовая защита снабжена прослойкой 5 мм меди для уменьшения уровня рентгеновской флуоресценции свинца. В трале располагается в ряд от одного до N спектрометрических блоков (N=1..4 в зависимости от технического задания).

В процессе сканирования трал опускается на дно и производится медленное скользящее перемещение трала по дну со скоростью не более метра в минуту и циклическим временем накопления спектра 30 секунд. Программное обеспечение в автоматическом режиме производит обнаружение и идентификацию пиков радионуклидов в каждом из спектрометрических трактов, в случае обнаружения выдается сигнал тревоги в соответствующем одном или более каналов. Трал останавливается, возвращается на место обнаружения источника и проводится более длительное накопление спектров вплоть до точной идентификации нуклидов и обнаружения места локализации.