15.5 ИЗМЕРЕНИЕ НИЗКОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ

15.5.1 Чувствительность регистрации

В табл. 14.2, 14.3 и 14.4 (см. главу 14) приведены интенсивности испускания нейтронов некоторых наиболее распространенных ядерных материалов. Из этих таблиц видно, что в материалах с низким Z в результате (α,n)-реакций выход нейтронов значительно возрастает. Поскольку выход нейтронов для соединений плутония гораздо выше, чем выход нейтронов для соединений урана, чувствительность метода регистрации полного потока нейтронов к плутонию гораздо выше, чем к урану. В данном случае чувствительность анализа определяется как отношение С/С, где С представляет собой погрешность величиной в одно стандартное отклонение числа отсчетов С.

При измерении низкоактивных отходов важным параметром является порог обнаружения, который представляет собой такое количество материала, которое вызывает отклик детектора, превышающий фон в d = C/ C раз. При скорости счета фона b, гораздо меньшей скорости счета полезного сигнала, порог обнаружения m (в граммах) дается выражением

Для скорости счета фона b, много большей скорости счета пол езного сигнала,

где А — скорость счета прибора, измеряемая в числе отсчетов в секунду на грамм; t1 è t2 — время измерения сигнала и фона, соответственно.

Порог обнаружения при превышении сигналом 3σ над фоном (d = 3) составляет 23 мг для плутония низкого выгорания, 0,5 мг для PuF4, 170 г для урана естественного обогащения и 30 г для UF6 естественного обогащения [16]. Эти расчеты приведены для времени измерения 1000 с в большом счетчике с 4π-геометрией с абсолютной эффективностью 15 %. Счетчик с 4π-геометрией рекомендуется для анализа отходов низкой активности вследствие небольшой интенсивности испускания нейтронов и гетерогенной природы отходов.

Анализ результатов расчета порогов обнаружения показывает, что пассивный счет нейтронов от низкоактивных отходов обычно практически применим только к плутонию. Для 55-галонных контейнеров, содержащих 100 кг материала с непоглощающей матрицей, порог обнаружения плутония, равный 23 мг, соответствует удельной активности примерно 23 нКи/г. Это значение предела обнаружения легко может возрасти на порядок для реальных контейнеров, в которых содержатся значительные количества замедлителей или поглотителей нейтронов. Однако в большинстве случаев использование пассивного нейтронного анализа дает завышенную оценку количества наличного ядерного материала, что обусловлено (α,n)-реакциями в матрице. Если химический и изотопный составы отходов неизвестны, то не может быть выполнено никакой количественной оценки содержания ядерных материалов в контейнере, кроме оценки верхнего предела.

15.5.2 Анализ 55-галонных бочек

В Лос-Аламосе был исследован метод регистрации полного потока нейтронов для 55-галонных (200-литровых) бочек, содержащих отходы, загрязненные PuO2 [17]. Измерялся набор из 17 стандартных образцов, изготовленных на пред-

Глава 15. Приборы регистрации полного потока нейтронов и их применение 453

приятии по переработке плутония в Рокки Флэтс [18]. Стандартные образцы предназначались для моделирования загрязненных технологических материалов и остатков, обычно анализируемых в счетчике для бочек Рокки Флэтс. В табл. 15.2 представлены характеристики этих бочек. Для 17 бочек было получено стандартное отклонение ±16 %. Поскольку изотопный и химический составы плутония были "постоянными" и хорошо известными, сигнал регистрации полного потока нейтронов являлся приемлемой мерой содержания пл утония.

15.5.3 Анализ больших упаковок

На предприятии в Рокки Флэтс был разработан и интенсивно использовался достаточно большой нейтронный счетчик для анализа упаковок с отходами размером 1,2Ч1,2Ч2,1 м [19]. В этом счетчике с 4π-геометрией используются двенадцать сцинтилляционных детекторов ZnS диаметром 30 см, размещенных вокруг камеры для образца. Поскольку эти детекторы быстрых нейтронов также обладают некоторой чувствительностью к гамма-излучению, порог дискриминатора устанавливается выше 1,3 МэВ (энергия гамма-излучения 60Со). При этом большая часть нейтронного сигнала также отсекается, и измеренная эффективность счетчика составляет 0,1 %. Хотя регистрируемый сигнал в основном вызван нейтронами спонтанного деления, вследствие низкой эффективности регистрации метод регистрации полного потока нейтронов является более предпочтительным, чем метод регистрации нейтронных совпадений.

Таблица 15.2 — Физические характеристики 55-галонных стандартных бочек на предприятии в Рокки Флэтс