продукты его распада отсутствуют в топливе после химического разделения их от природного урана, поскольку им необходимо длительное время для возврата к состоянию равновесия. На рис. 1.15 представлен типичный спектр урановой руды (сравните с рис. 1.9). Естественные химические процессы в различных породах часто приводят к выщелачиванию некоторых дочерних нуклидов, что влияет на спектр гамма-излучения различных руд.

Рассмотренные выше природные источники широко распространены и вносят вклад в фоновый гамма-спектр в большинстве мест измерения. Другими изредка встречающимися источниками фона являются материалы, загрязненные радиоактивными элементами. В некоторых случаях в качестве составляющих бетона используется шлак доменной печи, имеющий заметный уровень радиоактивного загрязнения 60Co, и отходы урановой руды. Использование таких материалов при строительстве объектов может способствовать увеличению радиационного фона.

1.5ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ ГАМ- МА-ИЗЛУЧЕНИЯ

Âразделе 1.4 обсуждались характеристики гамма-излучения только от естественного распада радиоактивных изотопов. Такое гамма-излучение содержит значительное число характерных гамма-линий, полезных для неразрушающего анализа. В этой главе рассматривается гамма-излучение, образуемое в других ядерных реакциях. Некоторые из этих излучений могут оказаться помехой при неразрушающем анализе.

1.5.1Тормозное излучение

Заряженные частицы непрерывно замедляются, проходя через плотные вещества. При торможении они испускают фотоны с непрерывным энергетическим спектром, называемые тормозным излучением; эти фотоны представляют интерес, так как их энергии часто близки к энергиям гамма-квантов, используемым при неразрушающем анализе.

Бета-частицы ядерного распада при торможении часто испускают фотоны тормозного излучения. Хотя бета-частицы имеют очень короткий пробег в плотном веществе и редко покидают границы материала, фотоны тормозного излуче- ния часто вылетают за границы вещества и регистрируются одновременно с гам- ма-излучением, используемым при неразрушающем анализе. Электроны внутренней конверсии также могут вносить вклад в тормозное излучение. Дискретные гамма-кванты, испускаемые распадающимися ядрами, могут накладываться на непрерывный спектр тормозного излучения. Линейные ускорители электронов используют реакции торможения с целью получения высокоэнергетических фотонов для ядерных исследований, ядерной медицины, активного неразрушающего анализа материалов [5].

1.5.2 Реакции взаимодействия с частицами

При взаимодействии ядер с другими частицами, заряженными или нейтральными, часто испускаются гамма-кванты. Классическим примером такой реакции является реакция захвата нейтрона (n, γ). Обычно новые ядра радиоактивны или образуются в возбужденном состоянии, после чего может происходить распад с

испусканием гамма-излучения. Представленные ниже схемы иллюстрируют процесс захвата нейтрона, приводящий к образованию плутония в реакторах:

Гамма-кванты в реакциях захвата имеют дискретные значения энергии, являющиеся характеристиками энергетических уровней дочерних ядер. Для ядер с высоким атомным номером их энергии обычно составляют от 8 до 9 МэВ.

Неупругое рассеяние нейтронов (n,n’γ) также сопровождается испусканием гамма-излучения, которое характеризует энергетические уровни ядер мишени и как правило не представляет интереса для неразрушающего анализа.

Основным источником нейтронов из плутониевых соединений и UF6 является взаимодействие альфа-частиц, образующихся в результате распада тяжелых ядер, с ядрами легких элементов, присутствующими в составе соединений или в материалах окружающей матрицы. Реакции типа (α,n) часто сопровождаются испусканием гамма-квантов возбужденных ядер продуктов реакции. Реакцию на фторе можно записать следующим образом:

19F(α,n)22 Na .

Такая реакция на фторе обычно приводит к образованию 22Na в основном состоянии без испускания гамма-излучения. Однако последующий β+-(позитрон- ный) распад 22Na приводит к испусканию гамма-квантов с энергиями 511 и 1275 кэВ. Эти гамма-линии проявляются в спектрах от образцов PuF4 è 238PuO2 со следами примесей фтора. Они не используются для неразрушающего анализа, но могут быть источником помех.

ЛИТЕРАТУРА

1.C.M. Lederer and V.S. Shirley, Eds., Tables of Isotopes, 7th ed. (John Wiley & Sons, Inc., New York, 1978).

2.R. Gunnink, J.E. Evans, and A.L. Prindle, "A Reevaluation of the Gamma-Ray Energies and Absolute Branching Intensities of 237U, 238, 239, 240, 241Pu, and 241Am," Lawrence Livermore Laboratory report UCRL-52139 (1976).

3."Calibration Techniques for the Calorimetric Assay of Plutonium-Bearing Solids Applied to Nuclear Materials Control," ANSI N15.22-1975 (American National Standards Institute, Inc., New York, 1975) and 1986 revision.

4.J.H. Hubbell, "Photon Cross Sections, Attenuation Coefficients, and Energy Absorption Coefficients from 10 keV to 100 GeV," National Bureau of Standards report NSRDS-NBS-29 (August 1969).

5.T. Gozani, Active Nondestructive Assay of Nuclear Material, Principles and Applications, NUREG/CR-0602 (US Nuclear Regulatory Commission, Washington, DC, 1981).

6.F. Adams and R. Dams, "Applied Gamma-Ray Spectroscopy", 3rd ed. (Pergamon Press, Oxford, 1970)

7.R.L. Heath, "Gamma-Ray Spectrum Catalogue," Aerojet Nuclear Corporation report ANCR-1000-2 (March 1974)