Ви є тут

Відтворення інгаляційних доз опромінення після аварії на ЧАЕС в 30-км зоні

Автор: 
Чупов Андрій Володимирович
Тип роботи: 
Дис. канд. наук
Рік: 
2002
Артикул:
0402U003698
129 грн
Додати в кошик

Вміст

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЯ АКТИВНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ РАДИОНУКЛИДОВ В 30-КМ ЗОНЕ
Введение
В результате аварии на Чернобыльской атомной станции (ЧАЭС) в окружающую среду попало большое количество радиоактивных веществ. Причем, значительное количество радионуклидов находится в небольших по размерам (1?100 мкм) частицах, представляющих собойчасть как твэлов, так и конструкционных материалов (горячие частицы). Эти частицы обладают большой удельной активностью (10?1000 бк/образец), поэтому изучение таких частиц представляет большой интерес для изучения их влияния на окружающую среду и понимания процессов, протекающих при разрушении активной зоны реактора.
Кроме Чернобыльских горячих частиц большое количество таких частиц образовалось при атомных взрывах. Изучение такого типа горячих частиц также является актуальным, так как содержание различных радионуклидов в этих частицах позволяет идентифицировать тип взрыва, а также по соотношению различных радионуклидов в горячих частицах можно провести ретроспективные оценки доз облучения населения проживающего в регионах примыкающим к полигонам.
В последние годы проводятся многочисленные исследования как природы таких частиц, так и их воздействия на различные биологические объекты [27]. При этом, в основном, проводились ?-cпектроскопические измерения, ?-спектроскопические данные получены в ограниченном числе случаев. Это связано как с методическими трудностями, так и с безвозвратной потерей "горячей частицы" после ?-спектроскопических измерений. В тоже время из-за сильного воздействия на окружающую среду именно ?-нуклидов, которые обладают наиболее сильным ионизационным воздействием [28], знание их концентрации особенно важно.
Нами для проведения таких работ была разработана методика исследования характеристического излучения, сопровождающего ?-распад [29,30].
2.1. Нерадиохимическая методика определения радионуклидов в горячих частицах
Характеристическое излучение, сопровождающее распад "горячих частиц", измерялось на различных детекторах с частично перекрывающимися диапазонами регистрации; в области энергий 1-30 кэВ изучалось на полупроводниковом Si(Li)-детекторе, имеющем энергетическое разрешение 150 эВ при энергии ?-квантов 6.5 кэВ. Этот спектрометр имеет максимальную эффективность в области 5-25 кэВ. В области 10-150 кэВ измерения проводились на Ge-спектрометре с входным бериллиевым окном, энергетическое разрешение было 450 эВ на ? 59 кэВ 241Am. В области энергий (1 кэВ измерения проводились на Ge- детекторе с ультратонким окном (толщина 0.4 мкм) и разрешением 150 эВ на ? 6.5 кэВ. Этот спектрометр позволяет регистрировать спектры ?-лучей, начиная с энергии 0.5 кэВ.
Особое внимание при измерениях уделялось области 10?60 кэВ. Это обусловлено тем, что в этой области находится KX-излучение нуклидов от As до Eu, т.е. основных радионуклидов, образующихся при делении атомных ядер. Кроме того, в этой же области находится LX-излучение трансурановых нуклидов. А именно по LX-излучению можно идентифицировать наличие изотопов Pu в "горячих частицах". Это обусловлено тем, что около 25% ?-распада изотопов Pu идет на возбужденные состояния U. При этом энергия этих возбужденных состояний меньше энергии связи K-электронов (EK(U) = 115.6 кэВ), т.е. при таких энергиях будет отсутствовать характеристическое излучение с K-оболочки. Энергия переходов, разряжающих эти состояния, (40-50 кэВ [31], такие переходы идут, в основном, за счет процесса внутренней конверсии на L- и M- оболочках, а, как известно, процесс внутренней конверсии сопровождается образованием вакансий в соответствующей оболочке, заполнение которых и приводит к появлению характеристического излучения. Данные о таких процессах хорошо изучены и их вероятности табулированы [31].
Для отработки методики использовались "горячие частицы", отобранные в 5-км зоне ЧАЭС и в зонах атомных взрывов, а именно: при первом атомном (1949 г.) и при первом термоядерном (1953 г.).
На рис.2.1. приведен характерный спектр такой "горячей частицы". Как видно, спектр в области 10-20 кэВ очень сложный, поэтому для его обработки нами была адаптирована специальная программа. По этой программе в спектре выбирается одиночная ?-линия и затем она вписывается методом сплайнов в изучаемый участок спектра. Особенностью обработки KX- и LX-спектров является то, что, в отличие от ?-переходов, естественная ширина KX- и LX-линий сравнима с энергетическим разрешением спектрометров, а это приводит к изменению формы и к появлению "ложных" линий. Нами решению этой задачи было уделено особое внимание и была разработана специальная процедура по учету этих эффектов [32].
Рис.2.1. Спектры KX-, LX- и ?-излучения в низкоэнергетической области "горячих частиц": 1 - из 30-км зоны ЧАЭС, 2 - от ядерного взрыва 1949 г., 3 - от термоядерного взрыва 1953 г.
В спектре ?-лучей чернобыльской "горячей частицы" нами впервые наблюдалось L?-излучение Am (см. рис.2.1). Анализ продуктов деления и активации показывает, что не существует радиоактивных ядер, заселяющих возбужденные состояния каких-то ядер Am. Единственным каналом появления LX-излучения Am может быть возбуждение атомов Am при ?-распаде 241Pu. Сам по себе этот процесс очень маловероятен, но в данном случае его наблюдению благоприятствуют несколько факторов: во-первых, большой выход 241Pu по сравнению с другими изотопами Pu и Am ((100 раз); во-вторых, энергия ?-перехода 241Pu - 20.8 кэВ, т.е. может возбуждаться только L3-подоболочка (ЕL3 = 18.5кэВ, ЕL2 = 23.0 кэВ), в этом случае выход флуоресценции wL3 = 0.36 для L?-излучения, в то время как для изотопов Pu L? ( 0.04 (см. ниже). Для оценки вероятности автоионизации L3-подоболочки необходимо знать активность 241Pu в данной пробе. В данном случае нами для этого была использована активность 241Am. Как известно, 241Am накапливается, в основном, по цепочке 241Pu 241Am 237Np. Активность 241Am легко определяется по ?59 кэВ (см. рис.2.1). Далее, составив генетическое уравнение для 241Pu и 241Am, и, воспользовавшись да