Гамма-спектрометричне (HRGS) визначення ізотопних співвідношень урану з використанням різних підходів калібрування по ефективності

  • Дмитро В. Кутній National Science Center “Kharkiv Institute of Physics and Technology” of NAS of Ukraine, Kharkiv, Ukraine https://orcid.org/0000-0001-9591-4013
  • Дмитро Д. Бурдейний Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут», м. Харків, Україна https://orcid.org/0000-0001-9591-4013
DOI: https://doi.org/10.26565/2312-4334-2021-3-23
Ключові слова: гамма-спектрометрії високої роздільної здатності, ізотопні співвідношення урану, калібрування по ефективності, невизначеність вимірювань, уранова руда, MGAU, FRAM, ISOCS

Анотація

Досліджувався вплив різних підходів калібрування по ефективності на величину і джерела невизначеності гамма-спектрометричних вимірювань ізотопних співвідношень урану 234U/238U, 235U/238U, 234U/235U для цілей технологічного контролю, ядерної криміналістики і екологічного моніторингу. Напівпровідниковий детектор на основі HPGe (Canberra Broad Energy Germanium detector BEGe3830) і п'ять еталонних сертифікованих уранових зразків CRM 969 і CRM 146 із вмістом 235U/U від 0.7 до 20.0 мас. % використовувалися при проведенні досліджень. Розрахунок ізотопних співвідношень урану виконували шляхом обробки експериментальних гамма-спектрів комерційними програмними продуктами: MGAU (LLNL), FRAM (LANL), ISOCS (Canberra/Mirion Technologies), які основані на підходах калібрування за абсолютною і відносною ефективністью. Показано, що величини максимальних відносних відхилень результатів при визначенні ізотопних співвідношень 234U/238U і 234U/235U програмним забезпеченням MGAU \ FRAM \ ISOCS складають ~ 25 % \ ~ 10 % \ ~ 10 % при цьому випадкові невизначеності варіюються в інтервалі ± [18-25 % \ 2-15 % \ <= 3 %], відповідно. При визначенні ізотопних співвідношень 234U/238U програмним забезпеченням MGAU \ FRAM \ ISOCS, максимальні відносні відхилення складають ~ 3 % \ ~ 4 % \ ~ 1 % при цьому випадкові невизначеності знижуються до  ± [1 % \ 1 % \ 1 %], відповідно. Запропоновано комбінований підхід калібрування по відносній ефективності, в якому для аналітичного опису залежності εrel.i(Ei) використані поліноміальні функції. В даному підході максимальне відносне відхилення при визначенні ізотопних співвідношень 234U/238U і 234U/235U складає 2.7 % при випадковій невизначеності <= 1 %, а в разі визначення співвідношення  максимальне відносне відхилення дорівнює 0.5 % при випадковій невизначеності <= 0.7 %.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Посилання

G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, and A. Wapstra, Nuclear Physics A, 729, 3 (2003), https://doi.org/10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001

L. Meyer, Synopsis of Ph.D. dissertation, University of Cincinnati, 2013.

D. Reading, Synopsis of Ph.D. dissertation, University of Southampton, 2016.

R. Steiger, and E. Jaeger, Earth Planet Sci. Lett. 36, 359 (1977), https://doi.org/10.1016/0012-821X(77)90060-7

F. Gauthier-Lafaye, P. Holliger, and P. Blanc, Geochimica et Cosmochimica Acta. 60, 4831 (1996), https://doi.org/10.1016/S0016-7037(96)00245-1

A. Baranova, (2011), http://conf.nsc.ru/youngconf-2011/ru/reportview/48802. (in Russian)

Y. Fujikawa, M. Fukui, M. Sugahara, E. Ikeda, and M. Shimada, in: 10th International Congress of the Radiation Protection Association Proceedings, (JHPS, Hiroshima, 2000), pp. 1-6.

E. Yakovlev, G. Kiselev, S. Druzhinin, S. Zykov, Bulletin of the Northern (Arctic) Federal University. 3, 15 (2016). (in Russian)

S. Richter, A. Alonso, W. De Bolle, R. Wellum, and P.D.P. Taylor, International Journal of Mass Spectrometry. 193, 9 (1999), https://doi.org/10.1016/S1387-3806(99)00102-5

G. Brennecka, Synopsis of Ph.D. dissertation, Arizona State University, 2011.

Y. Hinrichsen, Fingerprinting of nuclear material for nuclear forensics. (Hausarbeit am ZNF, Hamburg, 2011), pp. 9-10.

H. Wood, A. Glaser, in: INMM 49th Annual Meeting Proceedings, (INMM, Nashville, 2008), pp. 921-928.

K. Zhao, M. Penkin, C. Norman, S. Balsley, K. Mayer, P. Peerani, C. Pietri, S. Tapodi, Y. Tsutaki, M. Boella, G. Renha, E. Kuhn, International target values 2010 for measurement uncertainties in safeguarding nuclear materials. (International Atomic Energy Agency, Vienna, 2010), pp. 29-30.

D. Reilly, N. Ensslin, H. Hastings, S. Kreiner, Passive Nondestructive Assay of Nuclear Materials. (LANL, Los Alamos, 1991), pp. 193-213.

R. Harry, J. Aaldijk, J. Braak, in: IAEA Symposium on Safeguarding Nuclear Materials Proceedings, (IAEA, Vienna, 1976), pp. 235.

T.C. Nguyen, and J. Zsigrai, Nucl. Instr. and Meth. B243, 187 (2006), https://doi.org/10.1016/j.nimb.2006.01.011

L. Lakosi, J. Zsigrai, T.C. Nguyen, in: 7th Conference on Nuclear and Particle Physics Proceedings, (ENPA, Sharm El-Sheikh, 2009), pp. 413-424.

A. Berlizov, V. Tryshyn, Study of the MGAU Applicability to Accurate Isotopic Characterization of Uranium Samples. (Report # IAEA-SM-367/14/05/P, IAEA, Vienna, 2001), 13 p.

D.T. Vo, T.E. Sampson, Uranium Isotopic Analysis, the FRAM Isotopic Analysis Code, (Report # LA-13580, LANL, Los Alamos, 1999), 30 p.

I. Meleshenkovskii, N. Pauly, and P. Labeau, Eur. Phys. J. Plus. 133, 554 (2018), https://doi.org/10.1140/epjp/i2018-12363-8

A.V. Bushuev, Методы измерений ядерных материалов [Methods of nuclear materials measurement] (Moscow Engineering and Physics Institute, Moscow, Russia, 2007), pp. 65-103. (in Russian).

M. Thompson, S. Ellison, and R. Wood, Pure Appl. Chem. 78, 145 (2006), https://doi.org/10.1351/pac200678010145

A.A. Solodov, S.E. Smith, J.S. Bogard, Uranium Isotopic and Quantitative Analysis Using a Mechanically-Cooled HPGe Detector, (Report # ORNL/TM-2006/150, ORNL, Oak Ridge, 2006), 67 p.

T.E. Sampson, T.A. Kelley, D.T. Vo, Application Guide to Gamma-Ray Isotopic Analysis Using the FRAM Software, (LANL, Los Alamos, 2003), pp. 21-32.

J. G. Williams, in: ISRD 15 – International Symposium on Reactor Dosimetry Proceedings, (Aix-en-Provence, France, 2015), 07004.

R.C. McFarland, Reprint of “From the Counting Room”, 2(4), 35-40 (1991), http://www.ezag.com/fileadmin/ezag/user-uploads/isotopes/pdf/Behavior_of_Several_Germanium_Detector_Full_Energy_Peak.pdf

A. Svec, J. Appl. Radiat. Isot. 66, 786 (2008), https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2008.02.070

Опубліковано
2021-10-28
Цитовано
Як цитувати
Кутній, Д. В., & Бурдейний, Д. Д. (2021). Гамма-спектрометричне (HRGS) визначення ізотопних співвідношень урану з використанням різних підходів калібрування по ефективності. Східно-європейський фізичний журнал, (3), 151-157. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2021-3-23
Номер
№ 3 (2021): Східно-європейський фізичний журнал
Розділ
Статті

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

    • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
    • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
    • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).