Гамма-спектрометрические измерения. 
Надзор и контроль в сфере безопасности. 
Учет и контроль делящихся материалов

Гамма-спектрометрия — это область измерений ЯМ, которая известна уже в течение длительного времени и которая интенсивно до сих пор развивается в направлении повышения чувствительности детекторов-датчиков гамма-излучения. Наиболее точные и чувствительные приборы используют в качестве датчиков гамма-излучения полупроводниковые детекторы — кремниевые, либо германиевые, охлажденные до температуры жидкого азота. В табл. 3.4 приведены основные типы детекторов гамма-излучения и соответствующие им области применения. В неразрушающем гаммаанализе широкое применение находят сцинтилляционные и твердотельные детекторы, так как они позволяют получать спектральные характеристики в энергетическом диапазоне, типичном для излучения урана и плутония. Газонаполненные счетчики не находят такого широкого использования в гамма-спектрометрии. Более широко они используются для регистрации нейтронов.

Гамма-спектрометрические измерения дают детальную информацию об энергетическом спектре и интенсивности гамма-излучения от образцов. Для их проведения требуется градуировка энергетической шкалы гамма-спектрометров. Трудности применения этого вида измерений возникают при анализе образцов с высокой плотностью материала, или содержащих сильно неоднородный материал. В этих случаях могут применяться другие методы неразрушающего анализа.

Гамма-спектрометрические методы используются при следующих измерениях.

• • Обогащение урана методом бесконечно толстого образца. Критерием приближения бесконечной толщины образца является условие, что глубина образца вдоль оси коллиматора значительно больше длины свободного пробега гамма-квантов с энергией 186 кэВ в материале образца. В этом случае все образцы со сходным физическим составом представляются одним и тем же объемом, «видимым» детектором. Для однородных образцов одного и того же состава «видимый» объем содержит одинаковое количество урана и, поэтому, измеренная интенсивность в пике 186 кэВ пропорциональна обогащению U²³⁵. Обязательна калибровка с использованием стандартных образцов и гаммаисточников.
• • Изотопный состав U и Ри методом внутренней градуировки. Процедура внутренней градуировки включает определение положения пиков известной энергии в каналах анализатора и подгонку этих значений к градуировочной функции. При внутренней градуировке в качестве источника гамма-квантов служит измеряемый образец. Изотопный состав определяется по измеренным отношениям интенсивностей гамма-излучения с разной энергией. Метод внутренней градуировки реализуется только при использовании детекторов с высоким разрешением на основе, например, Ge высокой чистоты. Обработка энергетического спектра осуществляется по специально разработанным программам. Результаты анализа не зависят от размера объекта, физической и химической его формы, материала и толщины контейнера. Требуется только градуировка прибора.
• • Гамма-спектрометрия отработавшего топлива. Используются гамма-детекторы с высоким разрешением. Анализируется спектральная информация об активности разных продуктов деления: Cs¹³⁴, Cs¹³⁷, Eu¹⁵⁴, Рг¹⁴⁴. По относительной активности нуклидов (к нуклиду Cs³⁷) определяют глубину выгорания топлива и время его выдержки. Типичное время анализа в одной точке ~ 10…20 мин. Применяется также сканирование по длине ТВС с целью определения профиля выгорания по длине ТВС и среднего значения для сборки. Погрешность измерений зависит от времени выдержки ТВС.
• • Отложения делящихся материалов, остающиеся в оборудовании. Для измерений используются портативные многоканальные анализаторы с гамма-детектором, электроникой и компьютером для обработки данных. Погрешность измерений варьируется в больших пределах и сильно зависит от геометрии измерений, конфигурации отложений и фона.

Нужно сказать, что при всем разнообразии гамма-спектрометров очень небольшое количество этих приборов в состоянии выдавать информацию по обогащению ЯМ с погрешностью, которая позволяет использовать эти данные в качестве учетных данных. Современные гаммаспектрометры с полупроводниковыми детекторами обеспечивают относительную погрешность при определении изотопного состава (скажем обогащение по U²³⁵) на уровне 0,2…0,5%.

Однако это дорогая техника. Более широко распространенная техника позволяет иметь погрешность определения обогащения по изотопу U²³⁵ или по изотопу Ри²³⁹ на уровне 1…5 %. Но, имея такую погрешность, трудно на этих данных сводить баланс ядерных материалов, если измерений достаточно много. Поэтому данные гаммаспектрометрического анализа, как правило, используются для подтверждения ранее выполненных учётных измерений.

Таблица 3.4.

Основные типы гамма-детекторов

Г амма-детекторы.	Применение.
Г азонаполненные.	Общий счет (доза).
Сцинтилляционные, Nal (TI).	Спектрометрия низкого разрешения.
Твердотельные, HP Ge. Si.	Спектрометрия высокого разрешения.