RU2267800C1 - Alpha-emitting radionuclide identification method - Google Patents

Alpha-emitting radionuclide identification method Download PDF

Info

Publication number
RU2267800C1
RU2267800C1 RU2004126023/28A RU2004126023A RU2267800C1 RU 2267800 C1 RU2267800 C1 RU 2267800C1 RU 2004126023/28 A RU2004126023/28 A RU 2004126023/28A RU 2004126023 A RU2004126023 A RU 2004126023A RU 2267800 C1 RU2267800 C1 RU 2267800C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sample
spectrum
alpha
spectrometer
peak
Prior art date
Application number
RU2004126023/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий В чеславович Алешин (RU)
Дмитрий Вячеславович Алешин
Игорь Анатольевич Каширин (RU)
Игорь Анатольевич Каширин
Сергей Владимирович Малиновский (RU)
Сергей Владимирович Малиновский
Андрей Игоревич Соболев (RU)
Андрей Игоревич Соболев
Виктор Александрович Тихомиров (RU)
Виктор Александрович Тихомиров
Александр Иванович Ермаков (RU)
Александр Иванович Ермаков
Original Assignee
Государственное унитарное предприятие города Москвы-объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды (ГУП МосНПО "Радон")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное унитарное предприятие города Москвы-объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды (ГУП МосНПО "Радон") filed Critical Государственное унитарное предприятие города Москвы-объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды (ГУП МосНПО "Радон")
Priority to RU2004126023/28A priority Critical patent/RU2267800C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2267800C1 publication Critical patent/RU2267800C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

FIELD: environmental protection.
SUBSTANCE: invention relates to radio-ecological monitoring that can be used to determine alpha-emitting radionuclides in environmental samples, in particular for alpha-spectrometric determination of isotope proportions of 240Pu and 239Pu, 238Pu and 241Am, 235U and 236U. Technical result of invention resides in possibility of simultaneously determining activities of all alpha-emitting radionuclides, increased accuracy of simultaneous determination of isotope proportions of energetically close isotopes, and separating above-indicated duplets. Identification of alpha-emitting radionuclides involves environmental and technological sampling, treating samples, preparing samples for measurements, measuring and recording spectrum of sample, minimizing deviations of model spectrum from sample spectrum, and determining content of alpha-emitting radionuclides in the sample. When sample is being prepared, summary activity of sample is preliminarily determined, after which isotope solution is introduced into sample as internal standard with known energy and specified activity of alpha-emission of the sample. Based on sample spectrum measurement results and minimizing deviations of model spectrum from sample spectrum in internal standard region, parameters of asymmetric Gauss distribution describing internal standard peak are determined. Identification of alpha-emitting radionuclides is accomplished using semiconductor spectrometer and total energy scale of spectrometer is utilized, whereas spectrum of individual radionuclide is described according to proposed proportion. Minimization of deviations of model spectrum from sample spectrum is effected in three steps.
EFFECT: enabled simultaneous accurate determination of activities of energetically close isotopes.
9 dwg, 3 tbl, 4 ex

Description

Предлагаемое изобретение относится к области радиоэкологического мониторинга, охране окружающей среды и может быть использовано для определения альфа-излучающих радионуклидов в пробах окружающей среды, в частности для альфа-спектрометрического определения изотопных отношений 240Pu и 239Pu, 238Pu и 241Am, 235U и 236U, по количественным характеристикам которых возможно проследить характер глобальных радиационных выпадений, изменение загрязнений окружающей среды после радиационных аварий и испытаний ядерного оружия.The present invention relates to the field of radioecological monitoring, environmental protection and can be used to determine alpha-emitting radionuclides in environmental samples, in particular for alpha-spectrometric determination of isotopic ratios of 240 Pu and 239 Pu, 238 Pu and 241 Am, 235 U and 236 U, by the quantitative characteristics of which it is possible to trace the nature of global radiation fallout, the change in environmental pollution after radiation accidents and nuclear weapons tests.

Известен способ альфа-спектрометрического определения изотопных отношений 240Pu/239Pu, 238Pu/241Am, в котором анализ изотопных пар проводят с помощью полупроводниковой альфа-спектрометрии на серийном Si(Au) детекторе типа ДКД, обработку полученных спектров альфа-излучений радионуклидов осуществляют на микроЭВМ "Электроника" путем разложения сложных пиков на составляющие альфа-линии.A known method of alpha spectrometric determination of isotopic ratios of 240 Pu / 239 Pu, 238 Pu / 241 Am, in which the analysis of isotopic pairs is carried out using semiconductor alpha spectrometry on a serial Si (Au) detector of the DKD type, the processing of the obtained spectra of alpha radiation of radionuclides is carried out on a microcomputer "Electronics" by decomposing complex peaks into components of the alpha line.

В основу способа обработки положено определение одиночной альфа-линии и расчет изотопного состава источника методом наименьших квадратов. Пики спектров обрабатывают по очереди. Относительная погрешность зависит от статистики счета в пике и лежит в пределах 0,7-10%. Время анализа спектра одного изотопа составляет 2-3 мин.The processing method is based on the determination of a single alpha line and the calculation of the isotopic composition of the source using the least squares method. Peaks of the spectra are processed in turn. The relative error depends on the statistics of the account at the peak and lies in the range of 0.7-10%. The spectrum analysis time for one isotope is 2-3 minutes.

Однако известный способ не позволяет с достаточной точностью одновременно определять активность альфа-излучающих радионуклидов в слабоактивных пробах [1].However, the known method does not allow with sufficient accuracy to simultaneously determine the activity of alpha-emitting radionuclides in weakly active samples [1].

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому эффекту, является способ идентификации радионуклидов в пробах с использованием жидкостного сцинтилляционного счетчика ЖСС [2].Closest to the claimed method according to the technical nature and the achieved effect, is a method for identifying radionuclides in samples using a liquid scintillation counter LSS [2].

Способ включает отбор проб окружающей среды и технологических проб, обработку проб, подготовку проб для измерения на жидкостном сцинтилляционном счетчике, измерение и запись спектра пробы и параметров измерения, создание модельного спектра пробы, минимизацию отклонения модельного спектра от спектра пробы и определение содержания альфа-излучающих радионуклидов в пробе. При подготовке пробы предварительно определяют суммарную активность анализируемой пробы и энергетический интервал альфа-излучающих радионуклидов в пробе, а затем в пробу вводят раствор изотопа в качестве внутреннего стандарта с определенной энергией и заданной активностью альфа-излучения, измеряют и записывают спектр альфа-излучения пробы, на основании результатов измерения спектра пробы, минимизируя отклонение модельного спектра от спектра пробы в области внутреннего стандарта, определяют параметры асимметричного распределения Гаусса, описывающего пик внутреннего стандарта, по этим параметрам, используя эмпирические формулы зависимостей параметров от тушения для энергии альфа-излучения внутреннего стандарта, определяют величину и тип тушения анализируемой пробы, по полученным значениям величины и типа тушения пробы, используя формулы зависимости параметров асимметричного распределения Гаусса от энергии и тушения и справочных данных по альфа-излучающим радионуклидам, составляют модельный спектр.The method includes taking environmental and technological samples, processing samples, preparing samples for measurement on a liquid scintillation counter, measuring and recording the spectrum of the sample and measurement parameters, creating a model spectrum of the sample, minimizing the deviation of the model spectrum from the spectrum of the sample, and determining the content of alpha-emitting radionuclides in the sample. When preparing the sample, the total activity of the analyzed sample and the energy interval of alpha-emitting radionuclides in the sample are preliminarily determined, and then the isotope solution is introduced into the sample as an internal standard with a certain energy and a given alpha radiation activity, the alpha-emission spectrum of the sample is measured and recorded, on based on the results of measuring the spectrum of the sample, minimizing the deviation of the model spectrum from the spectrum of the sample in the field of the internal standard, determine the parameters of the asymmetric distribution Auss, describing the peak of the internal standard, according to these parameters, using empirical formulas of the dependences of the parameters on the quenching for the alpha-energy of the internal standard, determine the magnitude and type of quenching of the analyzed sample, from the obtained values and type of quenching of the sample, using the formulas for the dependence of the parameters of the asymmetric Gaussian distribution from energy and quenching and reference data on alpha-emitting radionuclides make up the model spectrum.

Известный способ не позволяет одновременно определять активность всех альфа-излучающих радионуклидов в пробе и одновременно определять изотопные отношения таких радионуклидов, как 240Pu и 239Pu, 238Pu и 241Am, 235U и 236U, разделять дуплеты радионуклидов с близкими энергиями; определять активность альфа-излучающих радионуклидов в слабоактивной пробе на уровне глобальных выпадений, т.к. не хватает энергетического разрешения при использовании ЖСС, используется ограниченная часть энергетической шкалы.The known method does not allow to simultaneously determine the activity of all alpha-emitting radionuclides in the sample and at the same time determine the isotopic ratios of such radionuclides as 240 Pu and 239 Pu, 238 Pu and 241 Am, 235 U and 236 U, to separate doublets of radionuclides with close energies; to determine the activity of alpha-emitting radionuclides in a weakly active sample at the level of global fallout, because there is not enough energy resolution when using LSS; a limited part of the energy scale is used.

Техническим результатом предлагаемого способа является возможность одновременного определения активности всех альфа-излучающих радионуклидов, повышение точности одновременного определения изотопных отношений с близкими энергиями, разделение дуплетов таких радионуклидов, как 240Pu и 239Pu, 238Pu и 241Am, 235U и 236U.The technical result of the proposed method is the ability to simultaneously determine the activity of all alpha-emitting radionuclides, increase the accuracy of the simultaneous determination of isotopic ratios with close energies, separation of doublets of radionuclides such as 240 Pu and 239 Pu, 238 Pu and 241 Am, 235 U and 236 U.

Для достижения технического результата предлагается способ идентификации альфа-излучающих радионуклидов, включающий отбор проб окружающей среды и технологических проб, обработку проб, подготовку проб для измерения, измерение и запись спектра пробы и параметров измерения, создание модельного спектра пробы, минимизацию отклонения модельного спектра от спектра пробы и определение содержания альфа-излучающих радионуклидов в пробе, при подготовке пробы предварительно определяют суммарную активность анализируемой пробы, затем в пробу вводят раствор изотопа в качестве внутреннего стандарта с определенной энергией и заданной активностью альфа-излучения, измеряют и записывают спектр альфа-излучения пробы, на основании результатов измерения спектра пробы, минимизируя отклонение модельного спектра от спектра пробы в области внутреннего стандарта, определяют параметры асимметричного распределения Гаусса, описывающего пик внутреннего стандарта, при этом способ идентификации альфа-излучающих радионуклидов осуществляют с использованием полупроводникового спектрометра и используют всю энергетическую шкалу спектрометра, а спектр отдельного радионуклида описывают по формуле:To achieve a technical result, a method for identifying alpha-emitting radionuclides is proposed, including sampling the environment and process samples, processing samples, preparing samples for measurement, measuring and recording the spectrum of the sample and measurement parameters, creating a model spectrum of the sample, minimizing the deviation of the model spectrum from the spectrum of the sample and determining the content of alpha-emitting radionuclides in the sample, when preparing the sample, the total activity of the analyzed sample is preliminarily determined, then in the sample in the isotope solution is used as an internal standard with a certain energy and a given alpha radiation activity, the spectrum of the alpha radiation of the sample is measured and recorded, based on the results of measuring the spectrum of the sample, minimizing the deviation of the model spectrum from the spectrum of the sample in the region of the internal standard, the parameters of the asymmetric Gaussian distribution are determined describing the peak of the internal standard, the method for identifying alpha-emitting radionuclides is carried out using a semiconductor spectrometer and use the entire energy scale of the spectrometer, and the spectrum of an individual radionuclide is described by the formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

где:Where:

N(nk) - дифференциальный счет в nk-канале;N (n k ) is the differential account in the n k channel;

EαI - энергия i-линии радионуклида;E α I is the energy of the i-line of the radionuclide;

Si - площадь пика (интегральный счет), определяющая содержание радионуклида в пробе, параметр находится при минимизации;S i - peak area (integral count), which determines the content of the radionuclide in the sample, the parameter is minimized;

δi - относительный выход i-й линии радионуклида в его активность,δ i - the relative output of the i-th line of the radionuclide in its activity,

G(nk,Eαi) - асимметричный Гаусс:G (n k , E α i ) - asymmetric Gauss:

Figure 00000003
Figure 00000003

где: nk - номер канала спектрометра;where: n k is the channel number of the spectrometer;

Δ и (1-Δ) - вклад первого и второго пиков двойного Гаусса в общую площадь линии;Δ and (1-Δ) - the contribution of the first and second peaks of the double Gauss in the total area of the line;

σ1 и σ2 - дисперсия распределения Гаусса для первого и второго пиков соответственно;σ 1 and σ 2 are the dispersion of the Gaussian distribution for the first and second peaks, respectively;

μ1=k1·Еα1-k2 - положение первого пика двойного Гаусса;μ 1 = k 1 · Еα 1 -k 2 is the position of the first peak of the double Gauss;

k1, k2 - калибровочные параметры спектрометра,k 1 , k 2 - calibration parameters of the spectrometer,

nk(Eαi)=kEαi-k2; (2)n k (E α i ) = k 1 · E α i -k 2 ; (2)

μ21-Δμ - положение второго пика двойного Гаусса;μ 2 = μ 1 -Δμ is the position of the second peak of the double Gauss;

Δμ - сдвиг первого пика относительно второго,Δμ is the shift of the first peak relative to the second,

а минимизацию отклонения модельного спектра от спектра пробы осуществляют в три этапа: на первом этапе предварительно рассчитывают площади пиков Si и дисперсии σ1 и σ2 при постоянных калибровочных коэффициентах k1 и k2; на втором этапе производят коррекцию калибровки энергетической шкалы путем уточнения калибровочных коэффициентов k1 и k2 при полученных значениях Si, дисперсии σ1 и σ2 на первом этапе; на третьем этапе проводят расчет площадей пиков Si и, соответственно, содержания изотопов в пробе, их дисперсии σ1 и σ2 при постоянных калибровочных коэффициентах k1 и k2, производя при этом коррекцию градуировочной шкалы.and minimizing the deviation of the model spectrum from the spectrum of the sample is carried out in three stages: at the first stage, the peak areas S i and variances σ 1 and σ 2 are preliminarily calculated with constant calibration coefficients k 1 and k 2 ; at the second stage, the calibration of the energy scale is made by clarifying the calibration coefficients k 1 and k 2 at the obtained values of S i , the variance of σ 1 and σ 2 at the first stage; at the third stage, the peak areas S i and, correspondingly, the isotope content in the sample, their dispersion σ 1 and σ 2 are calculated at constant calibration coefficients k 1 and k 2 , thereby making a correction to the calibration scale.

Отличительными признаками заявляемого способа является то, что способ определения альфа-излучающих радионуклидов осуществляют с использованием полупроводникового спектрометра и используют всю энергетическую шкалу спектрометра, а спектр отдельного радионуклида описывают по формуле:Distinctive features of the proposed method is that the method for determining alpha-emitting radionuclides is carried out using a semiconductor spectrometer and the entire energy scale of the spectrometer is used, and the spectrum of an individual radionuclide is described by the formula:

Figure 00000004
Figure 00000004

где:Where:

N(nk) - дифференциальный счет в nk-канале;N (n k ) is the differential account in the n k channel;

Еi - энергия i-линии радионуклида;E i is the energy of the i-line of the radionuclide;

Si - площадь пика (интегральный счет), определяющая содержание радионуклида в пробе, параметр находится при минимизации;S i - peak area (integral count), which determines the content of the radionuclide in the sample, the parameter is minimized;

δi - относительный выход i-й линии радионуклида в его активность,δ i - the relative output of the i-th line of the radionuclide in its activity,

G(nk,Eαi) - асимметричное распределение Гаусса:G (n k , E α i ) is the asymmetric Gaussian distribution:

Figure 00000005
Figure 00000005

где: nk - номер канала спектрометра;where: n k is the channel number of the spectrometer;

Δ и (1-Δ) - вклад первого и второго пиков двойного распределение Гаусса в общую площадь линии;Δ and (1-Δ) is the contribution of the first and second peaks of the double Gaussian distribution to the total area of the line;

σ1 и σ2 - дисперсия распределения Гаусса для первого и второго пиков соответственно;σ 1 and σ 2 are the dispersion of the Gaussian distribution for the first and second peaks, respectively;

μ1=k1·Eα1-k2 - положение первого пика двойного распределение Гаусса;μ 1 = k 1 · E α 1 -k 2 - position of the first peak of the double Gaussian distribution;

k1, k2 - калибровочные параметры спектрометра:k 1 , k 2 - calibration parameters of the spectrometer:

nk(Eαi)=k1·Eαi-k2; (2)n k (E α i ) = k 1 · E α i -k 2 ; (2)

μ21-Δμ - положение второго пика двойного распределение Гаусса;μ 2 = μ 1 -Δμ is the position of the second peak of the double Gaussian distribution;

Δμ - сдвиг первого пика относительно второго,Δμ is the shift of the first peak relative to the second,

а минимизацию отклонения модельного спектра от спектра пробы осуществляют в три этапа: на первом этапе предварительно рассчитывают площади пиков Si и дисперсии σ1 и σ2 при постоянных калибровочных коэффициентах k1 и k2; на втором этапе производят коррекцию калибровки энергетической шкалы путем уточнения калибровочных коэффициентов k1 и k2 при полученных значениях Si, дисперсии σ1 и σ2 на первом этапе; на третьем этапе проводят расчет площадей пиков Si и, соответственно, содержания изотопов в пробе, их дисперсии σ1 и σ2 при постоянных калибровочных коэффициентах k1 и k2, производя при этом коррекцию градуировочной шкалы.and minimizing the deviation of the model spectrum from the spectrum of the sample is carried out in three stages: at the first stage, the peak areas S i and variances σ 1 and σ 2 are preliminarily calculated with constant calibration coefficients k 1 and k 2 ; at the second stage, the calibration of the energy scale is made by clarifying the calibration coefficients k 1 and k 2 at the obtained values of S i , the variance of σ 1 and σ 2 at the first stage; at the third stage, the peak areas S i and, correspondingly, the isotope content in the sample, their dispersion σ 1 and σ 2 are calculated at constant calibration coefficients k 1 and k 2 , thereby making a correction to the calibration scale.

Использование полупроводникового спектрометра для идентификации альфа-излучающих радионуклидов в пробах позволяет получить спектры с меньшим разрешением, что приводит к повышению точности одновременного определения изотопных отношений с близкими энергиями и разделению дуплетов таких радионуклидов, как 240Pu и 239Pu, 238Pu и 241Am, 235U и 236U.The use of a semiconductor spectrometer to identify alpha-emitting radionuclides in samples allows one to obtain spectra with lower resolution, which leads to an increase in the accuracy of simultaneous determination of isotopic ratios with close energies and the separation of doublets of such radionuclides as 240 Pu and 239 Pu, 238 Pu and 241 Am, 235 U and 236 U.

Градуировка спектрометра.Graduation of the spectrometer.

Для градуировки спектрометра по энергии и энергетическому разрешению используют образцовый спектрометрический источник альфа-излучения излучения.To calibrate the spectrometer for energy and energy resolution, an exemplary spectrometric alpha radiation source is used.

Измеряют спектр альфа-излучения образцового источника за время, при котором число отсчетов в основном пике каждого нуклида превышает 102. Набранный аппаратный спектр записывают в спектральный файл.The alpha radiation spectrum of the reference source is measured over a time at which the number of readings in the main peak of each nuclide exceeds 10 2 . The acquired hardware spectrum is recorded in a spectral file.

Обработка результатов измерений.Processing of measurement results.

При обработке результатов измерений используют набранный аппаратный спектр и модельный спектр.When processing the measurement results, the acquired hardware spectrum and model spectrum are used.

Способ обработки альфа-спектров работает тем лучше, чем меньше энергетическое разрешение альфа-спектрометра, поэтому анализируют пробы с суммарным разрешением <30 кэВ.The method for processing alpha spectra works the better, the lower the energy resolution of the alpha spectrometer, therefore, samples with a total resolution of <30 keV are analyzed.

На основании справочных данных по энергиям Еα и выходам δi с использованием формулы строят модельный спектр, наиболее приближенный к измеренному.Based on the reference data on the energies E α and the outputs δ i using the formula, a model spectrum is constructed that is closest to the measured one.

Для построения модельного спектра, разделения мультиплетов и расчета площадей пиков используют описание каждой возможной энергетической линии мультиплета двойным распределением Гаусса, имеющий следующий вид:To build a model spectrum, split multiplets and calculate peak areas, a description of each possible multiplet energy line using a double Gaussian distribution is used, having the following form:

Figure 00000006
Figure 00000006

где: nk - номер канала спектрометра;where: n k is the channel number of the spectrometer;

Δ и (1-Δ) - вклад первого и второго пиков двойного Гаусса в общую площадь линии;Δ and (1-Δ) - the contribution of the first and second peaks of the double Gauss in the total area of the line;

σ1 и σ2 - дисперсия распределения Гаусса для первого и второго пиков соответственно;σ 1 and σ 2 are the dispersion of the Gaussian distribution for the first and second peaks, respectively;

μ1=k1·Eα1-k2 - положение первого пика двойного Гаусса;μ 1 = k 1 · E α 1 -k 2 is the position of the first peak of the double Gauss;

k1, k2 - калибровочные параметры спектрометра:k 1 , k 2 - calibration parameters of the spectrometer:

nk(Eαi)=k1·Eαi-k2;n k (E α i ) = k 1 · E α i -k 2 ;

μ21-Δμ - положение второго пика двойного Гаусса;μ 2 = μ 1 -Δμ is the position of the second peak of the double Gauss;

Δμ - сдвиг первого пика относительно второго.Δμ is the shift of the first peak relative to the second.

Спектр отдельного радионуклида при этом описывается следующим образом:The spectrum of an individual radionuclide is described as follows:

Figure 00000007
Figure 00000007

где:Where:

N(nk) - дифференциальный счет в nk-канале;N (n k ) is the differential account in the n k channel;

Еαi - энергия α-линии радионуклида;E α i is the energy of the α-line of the radionuclide;

Si - площадь пика (интегральный счет), определяющая содержание радионуклида в пробе, параметр находится при минимизации;S i - peak area (integral count), which determines the content of the radionuclide in the sample, the parameter is minimized;

δi - относительный выход i-й α-линии радионуклида в его активность.δ i is the relative yield of the i-th α-line of the radionuclide in its activity.

На фиг 1. показан первый этап построения модельного спектра, в связи с флуктуациями калибровочных параметров спектрометра и их различием для различных ППД, проводят предварительную коррекцию калибровки спектрометра (т.е. коэффициентов k1 и k2) относительно библиотечного спектра.Figure 1 shows the first step in constructing a model spectrum, in connection with fluctuations in the calibration parameters of the spectrometer and their differences for different PDPs, preliminary calibration of the spectrometer (i.e., coefficients k 1 and k 2 ) relative to the library spectrum is carried out.

Таблица 1Table 1 № канала максимумаMaximum channel number Значение максимумаMaximum value Значения максимумов ближайших линийThe values of the maxima of the nearest lines 492492 382382 9494 262262 446446 238238 316316 379379 382382 ОтклонениеDeviation 288288 120120 -64-64 144144 6666 33 00

В таблице 1 показаны результаты предварительной корректировки калибровки спектрометра.Table 1 shows the results of preliminary adjustment of the calibration of the spectrometer.

№ канала максимума - автоматически ищется максимум в аппаратном спектре.Maximum channel number - the maximum in the hardware spectrum is automatically searched.

Значение максимума - количество импульсов в канале максимума.Maximum value - the number of pulses in the maximum channel.

Значения максимумов ближайших линий - количество импульсов в каналах в зависимости от относительного выхода ближайших α-линий радионуклидов библиотечного спектра.The maxima of the nearest lines are the number of pulses in the channels, depending on the relative output of the nearest α-lines of the library spectrum radionuclides.

Отклонение - автоматически рассчитываемый параметр выражается в минимальном отклонении и значения максимума, в виде количества каналов, в обе стороны от максимума.Deviation - the automatically calculated parameter is expressed in the minimum deviation and the maximum value, in the form of the number of channels, on both sides of the maximum.

Весь аппаратный спектр сдвигают при необходимости на нужное число каналов в любую из сторон относительно максимума, так чтобы отклонение было равно 0.The entire hardware spectrum is shifted, if necessary, by the desired number of channels to either side relative to the maximum, so that the deviation is 0.

Коррекцию спектра осуществляют в полуавтоматическом режиме.Spectrum correction is carried out in a semi-automatic mode.

Далее проводят моделирование аппаратного спектра путем минимизации суммы квадратов отклонений модельного и аппаратного спектров. Переменными параметрами минимизации выступают площади Si пиков отдельных радионуклидов, их дисперсии σ1, σ2 и k1 и k2 калибровочные коэффициенты спектрометра.Next, the hardware spectrum is simulated by minimizing the sum of the squared deviations of the model and hardware spectra. Variable minimization parameters are the areas S i of the peaks of individual radionuclides, their dispersions σ 1 , σ 2 and k 1 and k 2 are the calibration coefficients of the spectrometer.

Дисперсии пиков определяются качеством пробы (толщиной, материалом подложки и т.д.) и одинаковы для всех радионуклидов данной пробы.Peak dispersions are determined by the quality of the sample (thickness, substrate material, etc.) and are the same for all radionuclides of a given sample.

Использование всей энергетической шкалы и описание спектра отдельного радионуклида по предлагаемой формуле в предмете изобретения позволяет использовать всю спектрометрическую информацию о радионуклиде и значительно повысить точность одновременного определения альфа-излучающих радионуклидов с близкими энергиями.Using the entire energy scale and describing the spectrum of an individual radionuclide according to the proposed formula in the subject of the invention allows the use of all spectrometric information about the radionuclide and significantly increase the accuracy of the simultaneous determination of alpha-emitting radionuclides with similar energies.

Проведение минимизации в три этапа позволяет более точно откорректировать энергетическую калибровку шкалы спектрометра, что значительно повышает точность определения альфа-излучающих радионуклидов.Minimization in three stages allows you to more accurately adjust the energy calibration of the spectrometer scale, which significantly increases the accuracy of determination of alpha-emitting radionuclides.

Минимизация проводится в три этапа.Minimization is carried out in three stages.

На первом этапе предварительно рассчитывают площади пиков S и дисперсии σ1 и σ2 при постоянных коэффициентах k1 и k2. Таким образом, определяют примерное содержание альфа-излучающих радионуклидов и качество подготовки пробы.At the first stage, the peak areas S and variances σ 1 and σ 2 are preliminarily calculated with constant coefficients k 1 and k 2 . Thus, the approximate content of alpha-emitting radionuclides and the quality of sample preparation are determined.

Таблица 2.Table 2. σ1=σ 1 = 2.92.9 σ2=σ 2 = 1594.71594.7 k1=k 1 = 249.7249.7 k2=k 2 = 9.89.8

В таблице 2 представлены результаты первого этапа минимизации и соотношения коэффициентов k1 и k2 с дисперсиями σ1 и σ2 для аппаратного спектра, изображенного на Фиг.2.Table 2 presents the results of the first minimization stage and the ratio of the coefficients k 1 and k 2 with the variances σ 1 and σ 2 for the hardware spectrum depicted in FIG. 2.

На втором этапе производят коррекцию калибровки, т.е. при полученных значениях S, σ1 и σ2 корректируются коэффициенты k1 и k2.At the second stage, calibration is adjusted, i.e. with the obtained values of S, σ 1 and σ 2, the coefficients k 1 and k 2 are adjusted.

На последнем этапе проводят расчет площадей S пиков (и, соответственно, содержания изотопов в пробе), их дисперсии σ1 и σ2 при постоянных калибровочных коэффициентах k1 и k2, производя коррекцию градуировочной шкалы.At the last stage, the areas of S peaks (and, correspondingly, the content of isotopes in the sample) are calculated, their dispersions are σ 1 and σ 2 at constant calibration coefficients k 1 and k 2 , and the calibration scale is corrected.

По рассчитанным площадям пиков определяют одновременно активность всех альфа-радионуклидов пробы, фрагмент результатов представлен в таблице 3.The calculated peak areas determine simultaneously the activity of all alpha-radionuclides of the sample, a fragment of the results is presented in table 3.

Таблица 3.Table 3. Pu-240Pu-240 Pu-238Pu-238 Pu-242Pu-242 Бк/пробуBq / sample 116116 169169 108108 μ1 μ 1 1269.481269.48 1280.621280.62 1352.791352.79 1363.481363.48 1202.551202.55 1213.641213.64 S1 S 1 31.04531.045 83.397583.3975 47.417547.4175 119.968119.968 23.98123.981 83.505283.5052 μ2 μ 2 1268.071268.07 1279.211279.21 1351.381351.38 1362.071362.07 1201.141201.14 1212.231212.23 S2 S 2 0.313590.31359 0.84240.8424 0.478960.47896 1.21181.2118 0.242230.24223 0.843490.84349 ΔΔ 0.2710.271 0.7280.728 0.2830.283 0.7160.716 0.2240.224 0.7800.780 Е(кэВ)E (keV) 5.1245.124 5.1685.168 5.4575.457 5.4995.499 4.8564.856 4.9014.901

При наличии в пробе сложных (слившихся) дуплетов (240Pu/239Pu, 238Pu/241Am, 235U/236U) используют наличие отдельно стоящих радионуклидов. Если в пробе такие нуклиды не присутствуют, то в пробу вводят дополнительные реперные нуклиды. Это необходимо для точной коррекции градуировки энергетической шкалы спектрометра.In the presence of complex (merged) doublets ( 240 Pu / 239 Pu, 238 Pu / 241 Am, 235 U / 236 U) in the sample, the presence of separately standing radionuclides is used. If such nuclides are not present in the sample, then additional reference nuclides are introduced into the sample. This is necessary for accurate correction of the calibration of the energy scale of the spectrometer.

На фиг.1 показана коррекция флуктуации градуировочных характеристик альфа-спектров.Figure 1 shows the correction of fluctuations in the calibration characteristics of the alpha spectra.

На фиг.2 представлен аппаратный спектр пробы альфа-излучения изотопов плутония и америция, расшифрованных при обработке на составляющие альфа-линии.Figure 2 presents the hardware spectrum of the sample alpha radiation of isotopes of plutonium and americium, decoded during processing on the components of the alpha line.

На фиг.3 представлен типичный аппаратный спектр пробы альфа-излучения изотопов плутония.Figure 3 presents a typical hardware spectrum of a sample of alpha radiation from plutonium isotopes.

На фиг.4 представлен спектр альфа излучения 239+240Pu, 238Pu.Figure 4 presents the spectrum of alpha radiation 239 + 240Pu, 238Pu.

На фиг.5 представлен спектр альфа излучения пробы 239+240Pu, 238Pu, донных отложений реки Енисей.Figure 5 presents the spectrum of alpha radiation of the sample 239 + 240Pu, 238Pu, bottom sediments of the Yenisei River.

На фиг.6 и 7 представлен вид альфа-спектров изотопов урана, представленных в разных масштабах.Figures 6 and 7 show a view of the alpha spectra of uranium isotopes presented at different scales.

Пример 1.Example 1

Усредненную навеску воздушно-сухой пробы весом 10 г помещают в фарфоровую чашку и прокаливают в муфельной печи при температуре 500-550 С° в течение 4-6 часов. После прокаливания охлажденную пробу переносят в химический стакан емкостью 100 см3, вносят 0.12 Бк изотопной метки 242Pu, заливают смесью концентрированных азотной, соляной и плавиковой кислот 30:10:1 по объему до соотношения жидкой и твердой фаз 5:1 и кипятят при периодическом перемешивании в течение двух часов.An averaged sample of an air-dry sample weighing 10 g is placed in a porcelain cup and calcined in a muffle furnace at a temperature of 500-550 ° C for 4-6 hours. After calcination, the cooled sample is transferred into a beaker with a capacity of 100 cm 3 , 0.12 Bq of isotope label 242 Pu is added, a mixture of concentrated nitric, hydrochloric and hydrofluoric acids 30: 10: 1 by volume is added to a ratio of liquid to solid phases of 5: 1 and boiled at periodic stirring for two hours.

Охлаждают пробу, декантируют и фильтруют жидкую фазу в химический стакан, упаривают на плитке. Твердый остаток обрабатывают вторично смесью кислот. Жидкую фазу после отделения присоединяют к первому декантату и упаривают их совместно до состояния влажной соли.Cool the sample, decant and filter the liquid phase into a beaker, evaporate on a tile. The solid residue is treated a second time with a mixture of acids. After separation, the liquid phase is attached to the first decantate and evaporated together to form a wet salt.

Вносят в химический стакан с влажными солями 10-15 см3 концентрированной азотной кислоты с добавлением 4-5 мл 30%-ной перекиси водорода и упаривают. Повторяют данную операцию 3-4 раза, после чего растворяют солевой остаток в 30-50 см3 7.5 М азотной кислоты.10-15 cm 3 of concentrated nitric acid are added to a beaker with wet salts with the addition of 4-5 ml of 30% hydrogen peroxide and evaporated. Repeat this operation 3-4 times, after which the salt residue is dissolved in 30-50 cm 3 of 7.5 M nitric acid.

Сорбционное выделение плутония.Sorption release of plutonium.

Вносят в раствор пробы при перемешивании 40-60 мг кристаллического нитрита натрия, выдерживают химический стакан с пробой в течение 30 мин на водяной бане. Подготовленную пробу фильтруют через колонку с анианитом АВ-17 со скоростью 1 капля в с. После прохождения пробы промывают колонку сначала 100 см3 7.5 М HNO3, а затем - 100 см3 9 М HCl с той же скоростью. Элюируют плутоний пропусканием 100 см3 0.4 М раствора HCl. Упаривают полученный элюат досуха. Вносят в химический стакан с сухим остатком 3-5 см3 концентрированной азотной кислоты с добавлением 4-5% перекиси водорода, упаривают. Растворяют сухой остаток в 2 см3 1 М HNO3.40-60 mg of crystalline sodium nitrite are added to the sample solution with stirring, the beaker is kept with the sample for 30 minutes in a water bath. The prepared sample is filtered through a column with anianite AB-17 at a rate of 1 drop per second. After passing the sample, the column is washed first with 100 cm 3 7.5 M HNO 3 and then with 100 cm 3 9 M HCl at the same rate. Plutonium is eluted by passing 100 cm 3 of a 0.4 M HCl solution. Evaporate the resulting eluate to dryness. Contribute to a beaker with a dry residue of 3-5 cm 3 of concentrated nitric acid with the addition of 4-5% hydrogen peroxide, and evaporate. Dissolve the dry residue in 2 cm 3 1 M HNO 3 .

Экстракционная доочистка плутония.Extraction purification of plutonium.

Вносят при перемешивании в раствор пробы 15-20 мг кристаллического нитрита натрия, выдерживают пробу на водяной бане в течение 30 мин. Проводят экстракцию плутония 1.5 см3 раствором ТТА в толуоле в течение 15 мин. Разделяют фазы. Проводят повторную экстракцию плутония из водной фазы. Объединяют органические фазы и проводят их промывку 2 раза по 5 мин 1 М раствором HNO3 порциями по 3 см3. Проводят реэкстракцию плутония 2 раза по 5 мин 9 М раствором HNO3 порциями по 3 см3. Объединяют водные фазы, упаривают досуха. Вносят в химический стакан с сухим остатком 2-3 см3 концентрированной HNO3 с добавлением 4-5 капель 30%-ной Н2O2. Повторяют данную операцию до полного разложения остатков органического вещества. Растворяют сухой остаток при нагревании в 1.5 см3 0.5 М раствора H2SO4.15-20 mg of crystalline sodium nitrite are added to the sample solution with stirring, the sample is kept in a water bath for 30 minutes. Plutonium is extracted with 1.5 cm 3 of a TTA solution in toluene for 15 minutes. Separate the phases. Re-extraction of plutonium from the aqueous phase is carried out. Combine the organic phases and wash them 2 times for 5 minutes with a 1 M HNO 3 solution in 3 cm 3 portions. Plutonium is re-extracted 2 times for 5 minutes with a 9 M HNO 3 solution in 3 cm 3 portions. The aqueous phases are combined, evaporated to dryness. Pour into a beaker with a dry residue of 2-3 cm 3 concentrated HNO 3 with the addition of 4-5 drops of 30% H 2 O 2 . Repeat this operation until complete decomposition of the residues of organic matter. The dry residue is dissolved by heating in 1.5 cm 3 of a 0.5 M solution of H 2 SO 4 .

Приготовление спектрометрического источника.Preparation of a spectrometric source.

Полированную подложку из коррозионно-стойкой стали обезжиривают ацетоном и закрепляют в нижней части электролитической ячейки. В раствор, полученный в результате экстракции, вносят 1 каплю раствора индикатора метилового оранжевого с интервалом перехода рН 3.1-4.3. Добавляя по каплям 1 М водный раствор аммиака, нейтрализуют раствор до перехода окраски индикатора в желтый цвет. Подкисляют раствор 0.05 М серной кислотой до изменения окраски индикатора (переход в красный цвет), после чего добавляют еще 2 капли кислоты. Полученный раствор переносят капиллярной пипеткой в электролитическую ячейку. Опускают катод в раствор, включают ток. Проводят электролиз в течение 2 часов при плотности тока 300-320 мА/см2. Перед окончанием процесса, не отключая ток, вносят в ячейку капиллярной пипеткой 0.7-1.2 см хлороформа. Выключают источник тока. Сливают электролит. Разбирают электролитическую ячейку и промывают диск из коррозионно-стойкой стали с нанесенным на него плутонием, дистиллированной водой и ацетоном. Просушивают диск под инфракрасной лампой, после чего прокаливают в течение 5-7 минут на электроплитке при температуре 200-250 С°. Прокаленный диск является спектрометрическим источником.The polished stainless steel substrate is degreased with acetone and fixed to the bottom of the electrolytic cell. In the solution obtained by extraction, add 1 drop of a solution of methyl orange indicator with a transition interval of pH 3.1-4.3. Adding dropwise 1 M aqueous ammonia solution, neutralize the solution until the color of the indicator turns yellow. The solution is acidified with 0.05 M sulfuric acid until the indicator changes color (turning red), after which 2 more drops of acid are added. The resulting solution was transferred by a capillary pipette into the electrolytic cell. Lower the cathode into the solution, turn on the current. Conduct electrolysis for 2 hours at a current density of 300-320 mA / cm 2 . Before the end of the process, without turning off the current, chloroform is introduced into the cell with a 0.7-1.2 cm capillary pipette. Turn off the current source. Drain the electrolyte. The electrolytic cell is disassembled and the disk made of corrosion-resistant steel is washed with plutonium deposited on it, distilled water and acetone. The disk is dried under an infrared lamp, after which it is calcined for 5-7 minutes on an electric stove at a temperature of 200-250 ° C. The calcined disk is a spectrometric source.

Спектрометрическое детектирование α-частиц осуществлялось с помощью 4-х канального α-спектрометра фирмы "Canberra" на основе полупроводниковых поверхностно-барьерных PIPS детекторов PD-600 с площадью окна - 600 мм2, FWHM - 22 кэВ, позволяющих преобразовывать энергию излучения в электрический импульс определенной амплитуды, соответствующей этой энергии. Время измерения пробы на альфа-спектрометре составляло 40 часов. Относительная погрешность измерений не более 10%.Spectrometric detection of α particles was carried out using a 4-channel Canberra α-spectrometer based on PD-600 semiconductor surface-barrier PIPS detectors with a window area of 600 mm 2 and FWHM of 22 keV, which make it possible to convert radiation energy into an electrical pulse a certain amplitude corresponding to this energy. The measurement time of the sample on an alpha spectrometer was 40 hours. The relative measurement error is not more than 10%.

На фиг.3 показан альфа-спектр выделенного радиохимическим путем плутония из пробы грунта, отобранного в районе Чернобыльской аварии.Figure 3 shows the alpha spectrum of radiochemically extracted plutonium from a soil sample taken in the area of the Chernobyl accident.

Обработка результатов измерений.Processing of measurement results.

При обработке результатов измерений используют набранный аппаратный спектр (фиг.3) и модельный спектр.When processing the measurement results use the dialed hardware spectrum (figure 3) and the model spectrum.

На основании справочных данных по энергиям Е и выходам δi с использованием формул (1)-(3) строят модельный спектр, наиболее приближенный к измеренному.Based on the reference data on the energies E and the outputs of δ i using the formulas (1) - (3), a model spectrum is constructed that is closest to the measured one.

Для построения модельного спектра, разделения мультиплетов и расчета площадей пиков используют описание каждой возможной энергетической линии мультиплета двойным распределением Гаусса, имеющий следующий вид:To build a model spectrum, split multiplets and calculate peak areas, a description of each possible multiplet energy line using a double Gaussian distribution is used, having the following form:

Figure 00000008
Figure 00000008

Спектр отдельных радионуклидов (238Pu, 239Pu, 240Pu, 241Am) при этом описывается следующим образом:The spectrum of individual radionuclides ( 238 Pu, 239 Pu, 240 Pu, 241 Am) is described as follows:

Figure 00000009
Figure 00000009

На фиг 1. показан первый этап построения модельного спектра для данной пробы. Проводят предварительную коррекцию калибровки спектрометра (т.е. коэффициентов k1 и k2) относительно библиотечного спектра.Figure 1. shows the first step in constructing a model spectrum for a given sample. A preliminary calibration of the spectrometer calibration (i.e., the coefficients k 1 and k 2 ) relative to the library spectrum is carried out.

Таблица 1Table 1 № каналаChannel number ЗначениеValue Значения максимумов ближайших линийThe values of the maxima of the nearest lines максимумаmaximum максимумаmaximum 492492 382382 9494 262262 446446 238238 316316 379379 382382 ОтклонениеDeviation 288288 120120 -64-64 144144 6666 33 00

В таблице 1 показаны результаты предварительной корректировки калибровки спектрометра.Table 1 shows the results of preliminary adjustment of the calibration of the spectrometer.

№ канала максимума - автоматически ищется максимум в аппаратном спектре.Maximum channel number - the maximum in the hardware spectrum is automatically searched.

Значение максимума - количество импульсов в канале максимума.Maximum value - the number of pulses in the maximum channel.

Значения максимумов ближайших линий - количество импульсов в каналах в зависимости от относительного выхода ближайших α-линий радионуклидов библиотечного спектра.The maxima of the nearest lines are the number of pulses in the channels, depending on the relative output of the nearest α-lines of the library spectrum radionuclides.

Отклонение - автоматически рассчитываемый параметр выражается в минимальном отклонении и значения максимума, в виде количества каналов, в обе стороны от максимума.Deviation - the automatically calculated parameter is expressed in the minimum deviation and the maximum value, in the form of the number of channels, on both sides of the maximum.

Коррекцию спектра осуществляют в полуавтоматическом режиме.Spectrum correction is carried out in a semi-automatic mode.

Далее проводят моделирование аппаратного спектра путем минимизации суммы квадратов отклонений модельного и аппаратного спектров. Переменными параметрами минимизации выступают площади Si пиков отдельных радионуклидов, их дисперсии σ1, σ2 и k1 и k2 калибровочные коэффициенты спектрометра.Next, the hardware spectrum is simulated by minimizing the sum of the squared deviations of the model and hardware spectra. Variable minimization parameters are the areas S i of the peaks of individual radionuclides, their dispersions σ 1 , σ 2 and k 1 and k 2 are the calibration coefficients of the spectrometer.

Дисперсии пиков определяются качеством пробы (толщиной, материалом подложки и т.д.) и одинаковы для всех радионуклидов данной пробы.Peak dispersions are determined by the quality of the sample (thickness, substrate material, etc.) and are the same for all radionuclides of a given sample.

Минимизация проводится в три этапа.Minimization is carried out in three stages.

На первом этапе предварительно рассчитывают площади пиков S и дисперсии σ1 и σ2 при постоянных коэффициентах k1 и k2. Таким образом, определяют примерное содержание радионуклидов и качество подготовки пробы.At the first stage, the peak areas S and variances σ 1 and σ 2 are preliminarily calculated with constant coefficients k 1 and k 2 . Thus, the approximate content of radionuclides and the quality of sample preparation are determined.

Таблица 2.Table 2. σ1=σ 1 = 2.92.9 σ2=σ 2 = 1594.71594.7 k1=k 1 = 249.7249.7 k2=k 2 = 9.89.8

В таблице 2 представлены результаты первого этапа минимизации и соотношения коэффициентов k1 и k2 с дисперсиями σ1 и σ2 для аппаратного спектра данной пробы (фиг.2).Table 2 presents the results of the first minimization stage and the ratio of the coefficients k 1 and k 2 with the variances σ 1 and σ 2 for the hardware spectrum of this sample (figure 2).

На втором этапе производят коррекцию калибровки, т.е. при полученных значениях S, σ1 и σ2 корректируются коэффициенты k1 и k2.At the second stage, calibration is adjusted, i.e. with the obtained values of S, σ 1 and σ 2, the coefficients k 1 and k 2 are adjusted.

На последнем этапе проводят расчет площадей Si пиков (и, соответственно, содержания изотопов в пробе), их дисперсии σ1 и σ2 при постоянных калибровочных коэффициентах k1 и k2, производя коррекцию градуировочной шкалы.At the last stage, the areas S i of peaks (and, correspondingly, the content of isotopes in the sample) are calculated, their dispersion is σ 1 and σ 2 at constant calibration coefficients k 1 and k 2 , and the calibration scale is corrected.

При наличии в пробе сложных (слившихся) дуплетов (240Pu/239Pu, 238Pu/241Am, 235U/236U) используют наличие отдельно стоящих радионуклидов. Если в пробе такие нуклиды не присутствуют, то в пробу вводят дополнительные реперные нуклиды, в данном случае 242Pu. Это необходимо для точной коррекции градуировки энергетической шкалы спектрометра.In the presence of complex (merged) doublets ( 240 Pu / 239 Pu, 238 Pu / 241 Am, 235 U / 236 U) in the sample, the presence of separately standing radionuclides is used. If such nuclides are not present in the sample, then additional reference nuclides are introduced into the sample, in this case 242 Pu. This is necessary for accurate correction of the calibration of the energy scale of the spectrometer.

В результате катастрофы на почву выпало диспергированное ядерное топливо, слабообогащенное 235U, и, естественно, 234U, кроме этого почва была загрязнена изотопами плутония и осколочными продуктами деления. Отношение 238Pu/239+240Pu в проанализированных пробах грунта в районе Чернобыльской АЭС соответствуют плутонию отработанного топлива и колебалось в пределах 25-55%. В проанализированной пробе промежуток времени между радиохимическим выделением и измерением на α-спектрометре составляет более 4-х лет. За это время в препарате накопился 241Am за счет распада 241Pu (T1/2=14.4 года), и по величине активности 241Am можно судить о количестве материнского 241Pu выпавшего на грунт в результате Чернобыльской аварии.As a result of the disaster, dispersed nuclear fuel fell on the soil, poorly enriched 235 U, and, naturally, 234 U, in addition, the soil was contaminated with plutonium isotopes and fragmented fission products. The ratio of 238 Pu / 239 + 240 Pu in the analyzed soil samples in the area of the Chernobyl NPP corresponds to plutonium of spent fuel and ranged from 25-55%. In the analyzed sample, the time interval between radiochemical isolation and measurement on an α-spectrometer is more than 4 years. During this time, 241 Am accumulated in the preparation due to the decay of 241 Pu (T 1/2 = 14.4 years), and the activity of 241 Am shows the amount of maternal 241 Pu that fell on the ground as a result of the Chernobyl accident.

После обработки данного альфа спектра программой были получены следующие результаты:After processing this alpha spectrum with the program, the following results were obtained:

239Pu=10.3 Бк/пр; 240Pu=10.6 Бк/пр; 238Pu=9.5 Бк/пр; 241Am=6.0 Бк/пр. 239 Pu = 10.3 Bq / pr; 240 Pu = 10.6 Bq / pr; 238 Pu = 9.5 Bq / pr; 241 Am = 6.0 Bq / pr.

Значения отношений плутония и америция имеют величину:The ratios of plutonium and americium are:

240Pu/239Pu=1.03; 239Pu/240+239Pu=0.46; 238Pu/241Am=1.59. 240 Pu / 239 Pu = 1.03; 239 Pu / 240 + 239 Pu = 0.46; 238 Pu / 241 Am = 1.59.

Зная активность 241Am накопившегося за 4 года, можно рассчитать значение активности материнского 241Pu. На момент приготовления препарата (1995 год) активность 241Pu=1450 Бк/пр.Knowing the activity of 241 Am accumulated over 4 years, we can calculate the value of the activity of maternal 241 Pu. At the time of preparation of the drug (1995), the activity of 241 Pu = 1450 Bq / pr.

Данные расчетов хорошо согласуются с данными, полученными на момент аварии, когда активности 239Pu и 240Pu в реакторе были примерно одинаковыми, а содержание 241Pu составляло 98% активности от всего плутония.The calculation data are in good agreement with the data obtained at the time of the accident, when the activities of 239 Pu and 240 Pu in the reactor were approximately the same, and the content of 241 Pu was 98% of the activity of all plutonium.

Пример 2. На фиг.4 показан альфа-спектр препарата пробы грунта, отобранного в районе Семипалатинского ядерного полигона. Видно, что аппаратурные пики 239Pu и 240Pu не разрешаются. После обработки аппаратурного спектра путем расшифровки альфа-спектров получены следующие значения активности изотопов плутония:Example 2. Figure 4 shows the alpha spectrum of the preparation of soil samples taken in the region of the Semipalatinsk nuclear test site. It can be seen that the instrument peaks 239 Pu and 240 Pu are not allowed. After processing the instrumental spectrum by deciphering the alpha spectra, the following plutonium isotope activity values were obtained:

239Pu=1.09 Бк/пр; 240Pu=0.74 Бк/пр; 238Pu=0.05 Бк/пр. 239 Pu = 1.09 Bq / pr; 240 Pu = 0.74 Bq / pr; 238 Pu = 0.05 Bq / pr.

Значения отношений плутония имеют величину:The plutonium ratios are:

240Pu/239Pu=0.7; 238Pu/240+239Pu=0.032. 240 Pu / 239 Pu = 0.7; 238 Pu / 240 + 239 Pu = 0.032.

Полученные отношения хорошо сходятся с опубликованными данными по оружейному плутонию.The relations obtained are in good agreement with published data on weapons-grade plutonium.

Пример 3. На фиг.5 представлен альфа спектр пробы донных отложений, отобранной из р. Енисей. Исследование донных отложений является одним из наиболее эффективных методов, которые позволяют оценить дальнейшую судьбу радионуклидов, выброшенных в окружающую среду. Подобные исследования дают возможность предсказать дальнейшее поведение радионуклидов и их перераспределение между компонентами экосистемы на достаточно большой период времени. Донные отложения являются уникальным объектом, в котором при определенных условиях как бы «консервируется» состояние внешней среды за различные периоды времени.Example 3. Figure 5 presents the alpha spectrum of a sample of bottom sediment taken from the river. Yenisei. The study of bottom sediments is one of the most effective methods that allow us to evaluate the further fate of radionuclides released into the environment. Such studies make it possible to predict the further behavior of radionuclides and their redistribution between ecosystem components over a sufficiently long period of time. Bottom sediments are a unique object in which, under certain conditions, the state of the external environment is “preserved” for various periods of time.

Изучение представленного альфа спектра плутония позволяет оценить загрязнение водной экосистемы реки Енисей в результате деятельности предприятий топливного цикла, а также прогнозировать радиоэкологическую обстановку.Studying the alpha spectrum of plutonium presented allows us to assess the pollution of the water ecosystem of the Yenisei River as a result of the activities of the fuel cycle enterprises, as well as to predict the radioecological situation.

При математической обработке представленного аппаратного альфа спектра были получены следующие результаты:During mathematical processing of the presented hardware alpha spectrum, the following results were obtained:

239Pu=37.4 Бк/кг; 240Pu=26.3 Бк/кг; 238Pu=12.7 Бк/кг. 239 Pu = 37.4 Bq / kg; 240 Pu = 26.3 Bq / kg; 238 Pu = 12.7 Bq / kg.

Расчет удельной активности плутония велся относительно известной активности трассера 242Pu, который предварительно вносился в пробу.The specific activity of plutonium was calculated relative to the known activity of the 242 Pu tracer, which was previously introduced into the sample.

Значения отношений плутония и америция имеют величину:The ratios of plutonium and americium are:

240Pu/239Pu=0.70; 238Pu/240+239Pu=0.20 240 Pu / 239 Pu = 0.70; 238 Pu / 240 + 239 Pu = 0.20

В данном случае можно предположить, что полученные значения отношений получились суперпозицией оружейного и топливного плутония, проанализированных в донных отложениях.In this case, it can be assumed that the obtained values of the relations turned out to be a superposition of weapons-grade and fuel-grade plutonium, analyzed in bottom sediments.

Пример 4. Техногенное загрязнение почв изотопами урана показан на фиг.6 и 7, на которых спектр одной и той же пробы представлен в разных масштабах. В этой пробе почвы, отобранной в одном из районов Приморья, альфа-спектрометрический анализ зафиксировал содержание в пробах урана с аномальным соотношением изотопов 235U/238U и отношения 234U/238U. При этом изотопы плутония и осколочные продукты деления 235U отсутствовали. Полученная информация позволила подтвердить предположение о том, что в данном месте произошла авария на атомной подводной лодке при перезагрузке топлива, в результате чего произошел выброс из ядерной установки урана, высокообогащенного легкими изотопами. После обработки нашей программой были получены следующие содержания и отношения изотопов урана.Example 4. Technogenic soil pollution by uranium isotopes is shown in Fig.6 and 7, in which the spectrum of the same sample is presented at different scales. In this trial the soil sampled in an area Primorye, alpha-spectrometric analysis gave the uranium content of the samples with an abnormal ratio of 235 U / 238 U isotope ratio and 234 U / 238 U. This plutonium isotopes and 235 U fission fragment products absent. The information obtained allowed us to confirm the assumption that an accident occurred on a nuclear submarine at a given site during a fuel reload, as a result of which uranium was emitted from a nuclear installation, highly enriched with light isotopes. After processing by our program, the following contents and ratios of uranium isotopes were obtained.

234U=2.14 Бк/пр; 238U=0.07 Бк/пр; 235U=0.12 Бк/пр; 236U=0.05 Бк/пр. 234 U = 2.14 Bq / pr; 238 U = 0.07 Bq / pr; 235 U = 0.12 Bq / pr; 236 U = 0.05 Bq / ave.

Значения отношений урана имеют величину:The values of the uranium relations are:

234U/238U=30.4; 235U/238U=1.7; 236U/238U=0.41; 235U/236U=2.4. 234 U / 238 U = 30.4; 235 U / 238 U = 1.7; 236 U / 238 U = 0.41; 235 U / 236 U = 2.4.

Полученные отношения урана, как отмечалось выше, характерны для топлива компактных энергетических установок, используемых в том числе на атомных подводных лодках.The uranium relations obtained, as noted above, are characteristic of the fuel of compact power plants, including those used in nuclear submarines.

Техническая эффективность предложенного способа по сравнению с прототипом заключается в повышении достоверности идентификации радионуклидов в пробах. Данный способ за счет лучшего разрешения детектора и предложенного способа обработки результатов измерений позволяет выделять и идентифицировать с достаточной точностью такие альфа-активные радионуклиды, как 241Am и 241Am, 239Pu и 242Pu в смеси, позволяет осуществить разделение радионуклидов с близкими энергиями, таких как 240Pu и 239Pu, 238Pu и 241Am, 235U и 236U, 243Cm и 243Cm, что невозможно осуществить в способе-прототипе. На фиг.8 представлен спектр пробы промышленного урана, измеренный с помощью полупроводникового детектора и расшифрованный предлагаемым способом. В таблице представлены данные расшифровки спектра (уран и продукты его распада). На фиг.9 спектр той же пробы измеренный с помощью ЖСС. Идентифицировать продукты распада урана не удается, возможно, лишь сказать, что основной вклад в активность дает 234U.The technical effectiveness of the proposed method compared with the prototype is to increase the reliability of identification of radionuclides in samples. This method, due to the better resolution of the detector and the proposed method for processing the measurement results, allows one to isolate and identify with sufficient accuracy such alpha-active radionuclides as 241 Am and 241 Am, 239 Pu and 242 Pu in the mixture, which allows the separation of radionuclides with close energies, such like 240 Pu and 239 Pu, 238 Pu and 241 Am, 235 U and 236 U, 243 Cm and 243 Cm, which is impossible to implement in the prototype method. On Fig presents a sample of industrial uranium, measured using a semiconductor detector and decoded by the proposed method. The table shows the spectrum decryption data (uranium and its decay products). In Fig.9, the spectrum of the same sample measured using LSS. It is not possible to identify the decay products of uranium, perhaps only to say that the main contribution to the activity comes from 234 U.

Таблица 3.Table 3. НуклидNuclide Кол-во импульсовNumber of pulses Активность, БкActivity, Bq 2σ, %2σ,% 212-В1212-B1 6363 6.65Е-036.65E-03 3232 212-РО212-RO 6666 6.97Е-036.97E-03 2626 216-РО216-RO 149149 1.57Е-021.57E-02 18eighteen 220-RN220-rn 175175 1.85Е-021.85E-02 1616 222-RN222-rn 3737 3.92Е-023.92E-02 8282 224-RA224-RA 209209 2.21Е-022.21E-02 1616 228-ТН228-TH 222222 2.35Е-022.35E-02 2222 232-U232-u 194194 2.05Е-022.05E-02 3838 234-U234-u 623297623297 65.865.8 1one 235-U235-u 1775217752 1.881.88 22 236-U236-u 25852585 0.2730.273 1616 238-U238-u 698698 7.37Е-027.37E-02 20twenty 239-PU239-PU 706706 7.46Е-027.46E-02 88 СуммаAmount 646153646153 68.368.3

Предлагаемый способ определения альфа-излучающих радионуклидов может быть осуществлен на стандартном оборудовании. Данная разработка включена в план НИР и ОКР ГУП МосНПО «Радон», т.к. имеет большое прикладное значение.The proposed method for determining alpha-emitting radionuclides can be carried out on standard equipment. This development is included in the R&D plan of the State Unitary Enterprise MosNPO Radon, as has great applied value.

Использованная литература.References.

1. Аниченков С.В., Попов Ю.С. «Альфа-спектрометрическое определение изотопных соотношений 239Pu/240Pu, 238Pu/241Am». M., Радиохимия, №4, 1990, с.110-112 (аналог).1. Anichenkov S.V., Popov Yu.S. "Alpha spectrometric determination of isotopic ratios of 239 Pu / 240 Pu, 238 Pu / 241 Am." M., Radiochemistry, No. 4, 1990, pp. 110-112 (analogue).

2. Патент №2191409, G 01 Т 1/204, 1/36 (прототип).2. Patent No. 2191409, G 01 T 1/204, 1/36 (prototype).

Claims (1)

Способ идентификации альфа-излучающих радионуклидов, включающий отбор проб окружающей среды и технологических проб, обработку проб, подготовку проб для измерения, измерение и запись спектра пробы и параметров измерения, создание модельного спектра пробы, минимизацию отклонения модельного спектра от спектра пробы и определение содержания альфа-излучающих радионуклидов в пробе, при подготовке пробы предварительно определяют суммарную активность анализируемой пробы, затем в пробу вводят раствор изотопа в качестве внутреннего стандарта с определенной энергией и заданной активностью альфа-излучения, измеряют и записывают спектр альфа-излучения пробы, на основании результатов измерения спектра пробы, минимизируя отклонение модельного спектра от спектра пробы в области внутреннего стандарта, определяют параметры асимметричного распределения Гаусса, описывающего пик внутреннего стандарта, отличающийся тем, что способ идентификации альфа-излучающих радионуклидов в пробах осуществляют с использованием полупроводникового спектрометра, при этом используют всю энергетическую шкалу спектрометра и спектр отдельного радионуклида описывают по формулеA method for identifying alpha-emitting radionuclides, including taking environmental and process samples, processing samples, preparing samples for measurement, measuring and recording the spectrum of the sample and measurement parameters, creating a model spectrum of the sample, minimizing the deviation of the model spectrum from the spectrum of the sample, and determining the alpha content emitting radionuclides in the sample, when preparing the sample, the total activity of the analyzed sample is preliminarily determined, then an isotope solution is introduced into the sample as an internal standard and with a certain energy and a given alpha radiation activity, the alpha spectrum of the sample is measured and recorded, based on the results of measuring the spectrum of the sample, minimizing the deviation of the model spectrum from the spectrum of the sample in the region of the internal standard, the parameters of the asymmetric Gaussian distribution describing the peak of the internal standard are determined, characterized in that the method for identifying alpha-emitting radionuclides in samples is carried out using a semiconductor spectrometer, while using all the energy nical scale spectrometer and a separate spectrum radionuclide described by the formula
Figure 00000010
Figure 00000010
где N(nk) - дифференциальный счет в nk-канале;where N (n k ) is the differential account in the n k channel; Eαi - энергия i-й линии радионуклида;E α i is the energy of the i-th line of the radionuclide; Si - площадь пика (интегральный счет), определяющая содержание радионуклида в пробе, параметр находится при минимизации;S i - peak area (integral count), which determines the content of the radionuclide in the sample, the parameter is minimized; δi - относительный выход i-й линии радионуклида в его активность,δ i - the relative output of the i-th line of the radionuclide in its activity, G(nk, Еαi) - асимметричное распределение Гаусса:G (n k , Е α i ) is the asymmetric Gaussian distribution:
Figure 00000011
Figure 00000011
где nk - номер канала спектрометра;where n k is the channel number of the spectrometer; Δ и (1-Δ) - вклад первого и второго пиков двойного распределения Гаусса в общую площадь линии;Δ and (1-Δ) is the contribution of the first and second peaks of the double Gaussian distribution to the total area of the line; σ1 и σ2 - дисперсия распределения Гаусса для первого и второго пиков соответственно;σ 1 and σ 2 are the dispersion of the Gaussian distribution for the first and second peaks, respectively; μ1=k1·Еα1-k2 - положение первого пика двойного распределения Гаусса;μ 1 = k 1 · Еα 1 -k 2 is the position of the first peak of the double Gaussian distribution; k1, k2 - калибровочные параметры спектрометра:k 1 , k 2 - calibration parameters of the spectrometer: nk(Eαi)=k1·Eαi-k2;n k (E α i ) = k 1 · E α i -k 2 ; μ21-Δμ - положение второго пика двойного распределения Гаусса;μ 2 = μ 1 -Δμ is the position of the second peak of the double Gaussian distribution; Δμ - сдвиг первого пика относительного второго,Δμ is the shift of the first peak of the relative second, а минимизацию отклонения модельного спектра от спектра пробы осуществляют в три этапа: на первом этапе предварительно рассчитывают площади пиков Si и дисперсии σ1 и σ2 при постоянных калибровочных коэффициентах k1 и k2; на втором этапе производят коррекцию калибровки энергетической шкалы путем уточнения калибровочных коэффициентов k1 и k2 при полученных значениях Si дисперсии σ1 и σ2 на первом этапе; на третьем этапе проводят расчет площадей пиков Si и, соответственно, содержания изотопов в пробе, их дисперсии σ1 и σ2 при постоянных калибровочных коэффициентах k1 и k2, производя при этом коррекцию градуировочной шкалы.and minimizing the deviation of the model spectrum from the spectrum of the sample is carried out in three stages: at the first stage, the peak areas S i and variances σ 1 and σ 2 are preliminarily calculated with constant calibration coefficients k 1 and k 2 ; at the second stage, the calibration of the energy scale is made by clarifying the calibration coefficients k 1 and k 2 at the obtained values of S i of the variance σ 1 and σ 2 at the first stage; at the third stage, they calculate the areas of Si peaks and, correspondingly, the content of isotopes in the sample, their dispersion σ 1 and σ 2 at constant calibration coefficients k 1 and k 2 , making a correction of the calibration scale.
RU2004126023/28A 2004-08-26 2004-08-26 Alpha-emitting radionuclide identification method RU2267800C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004126023/28A RU2267800C1 (en) 2004-08-26 2004-08-26 Alpha-emitting radionuclide identification method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004126023/28A RU2267800C1 (en) 2004-08-26 2004-08-26 Alpha-emitting radionuclide identification method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2267800C1 true RU2267800C1 (en) 2006-01-10

Family

ID=35872618

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004126023/28A RU2267800C1 (en) 2004-08-26 2004-08-26 Alpha-emitting radionuclide identification method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2267800C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2467353C1 (en) * 2011-03-31 2012-11-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") Method to determine threshold of radiation monitor detection
RU2524439C1 (en) * 2013-03-20 2014-07-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") Determination of radiation monitor detection threshold
RU2527137C2 (en) * 2009-09-28 2014-08-27 Коммиссариат А Л' Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив Method of determining isotope radio of fissile material contained in fission chamber
RU2564955C1 (en) * 2014-07-29 2015-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова" Method of determining volumetric alpha-activity of plutonium in process media of nuclear power plants
RU2573609C2 (en) * 2010-10-07 2016-01-20 Коммиссариат А Л'Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив Detection method using electrochemically-assisted alpha-particle detector for nuclear measurements in liquid medium
RU2746412C1 (en) * 2019-12-04 2021-04-13 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ БИОФИЗИКИ (ФГУП ЮУрИБФ) Method for the identification of beta-emitting radionuclides in samples using a liquid scintillation counter

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2527137C2 (en) * 2009-09-28 2014-08-27 Коммиссариат А Л' Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив Method of determining isotope radio of fissile material contained in fission chamber
RU2573609C2 (en) * 2010-10-07 2016-01-20 Коммиссариат А Л'Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив Detection method using electrochemically-assisted alpha-particle detector for nuclear measurements in liquid medium
RU2467353C1 (en) * 2011-03-31 2012-11-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") Method to determine threshold of radiation monitor detection
RU2524439C1 (en) * 2013-03-20 2014-07-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") Determination of radiation monitor detection threshold
RU2564955C1 (en) * 2014-07-29 2015-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова" Method of determining volumetric alpha-activity of plutonium in process media of nuclear power plants
RU2746412C1 (en) * 2019-12-04 2021-04-13 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ БИОФИЗИКИ (ФГУП ЮУрИБФ) Method for the identification of beta-emitting radionuclides in samples using a liquid scintillation counter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Boulyga et al. Isotopic analysis of uranium and plutonium using ICP-MS and estimation of burn-up of spent uranium in contaminated environmental samples
Eppich et al. Plutonium assay and isotopic composition measurements in nuclear safeguards samples by inductively coupled plasma mass spectrometry
RU2267800C1 (en) Alpha-emitting radionuclide identification method
Maxwell III et al. Rapid method for determination of radiostrontium in emergency milk samples
Xing et al. Rapid determination of uranium isotopes in calcium fluoride sludge by tandem quadrupole ICP-MS/MS
Brooksbank et al. Determination of trace elements in titanium by neutron activation analysis
Makarova et al. Destructive analysis of the nuclide composition of spent fuel of WWER-440, WWER-1000, and RBMK-1000 reactors
Waples et al. Measuring low concentrations of 234Th in water and sediment
CN115755146A (en) In high-level radioactive waste liquid 243 Am content analysis method
Dulanská et al. Scaling model for prediction of radionuclide activity in cooling water using a regression triplet technique
Rzemek et al. Validation of the method for determination of plutonium isotopes in urine samples and its application in a nuclear facility at Otwock
Eikenberg et al. Precise determination of 89Sr and 90Sr/90Y in various matrices: the LSC 3-window approach
Abuzeida et al. Selective liquid scintillation method of uranium α-spectrometry
Bird et al. The PIGME method for fluorine determination
Strišovská et al. Surface’s weights of electrodeposited thorium samples determined by alpha spectrometry
Martinelli et al. Separation of uranium and plutonium isotopes for measurement by multi collector inductively coupled plasma mass spectroscopy
Kanisch Alpha-spectrometric analysis of environmental samples
Chand et al. Rapid estimation of the isotopic composition and total mass fraction of boron in enriched B4C samples for Indian fast reactor technology using external (in air) particle induced Gamma-ray emission technique
Huang et al. Intercalibrated radionuclide activities in spiked water samples of the IAEA worldwide open proficiency test
De Corte et al. A performance comparison of k 0-based ENAA and NAA in the (K, Th, U) radiation dose rate assessment for the luminescence dating of sediments
Sahoo et al. Actinide analysis in biological materials
Parrado et al. Improvement of analytical capabilities of neutron activation analysis laboratory at the Colombian Geological Survey
Ramanjaneyulu et al. Determination of boron in water samples by chemical prompt gamma neutron activation analysis
Pan et al. A rapid method for measuring strontium-90 activity in crops in China
Tiong et al. A rapid method for quantifying Pu in the presence of natural U via quadrupole inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) and utilizing a resin-based extraction procedure.

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -PD4A- IN JOURNAL: 19-2013 FOR TAG: (73)