Определение радионуклидного состава твердых радиоактивных отходов из шламохранилищ АО ЧМЗ

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования
Уральский федеральный университет имени первого президента России
Б.Н.Ельцина
Физико – технологический институт
Кафедра «Радиохимия и прикладная экология»
Отчет по лабораторной работе №2
«Определение радионуклидного состава твердых радиоактивных отходов из
шламохранилищ АО ЧМЗ»
Студенты:
Группа:
Преподаватель:
Екатеринбург
2023
Цель работы: определение радионуклидного состава твердых
радиоактивных отходов из шламохранилищ АО ЧМЗ; для пробы К1Т5П3
определить величину удельной активности 𝑅𝑎226 .
Измерение проб осуществляется на гамма – бета – спектрометре
Атомтех АТ 1315 с NaI (TI) сцинтилляционным методом. Для определения
величины удельной активности пробы К1Т5П3 нужно измерить насыпной
эталон 𝑅𝑎226 с известной удельной активностью; для соблюдения
одинаковости условий измерения эталон измеряется в той же геометрии и с
той же массой, что и сама проба.
Ход работы:
В процессе выполнения лабораторной работы мы получаем у
преподавателя три пробы ТРО в закрытых сосудах Дента:
- проба К1Т5П3 (m = 130 г, t = 300 сек);
- проба К2Т3П3 (m = 115 г, t = 600 сек);
- проба К2Т1П4 (m = 130 г, t = 600 сек).
Каждый образец по очереди устанавливаем в гамма – бета –
спектрометр. Масса и время измерения для каждого образца указано выше.
Интенсивность
Продемонстрируем полученные гамма – спектры:
25000
20000
15000
10000
5000
0
0
200
400
600
800
1000
1200
-5000
№ канала
Рис.1. Гамма – спектр пробы К1Т5П3.
Интенсивность
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0
200
400
600
800
1000
1200
-100
№ канала
Интенсивность
Рис.2. Гамма – спектр пробы К2Т3П3.
5000
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0
200
400
600
800
1000
1200
-500
№ канала
Рис.3. Гамма – спектр пробы К2Т1П4.
Интенсивность
350
300
250
200
150
100
50
0
0
200
400
600
800
1000
1200
-50
№ канала
Рис.4. Гамма – спектр эталона.
Рис.5. Семейство нуклида 𝑈 238 .
Составляем таблицы для каждого образца ТРО с указанием энергии
гамма – пика и соответствующего ему радионуклида:
Пик, кэВ
Нуклид
14
Pb – 210
47
Pb – 210
80
Th – 234
155
Ra – 226
188
Ra – 226
245
Pb – 214
296
Pb – 214
353
Pb – 214
608
Bi – 214
776
Tl – 210
926
Pa – 234
1112
Bi – 214
1247
Bi – 214
1391
Bi – 214
1769
Bi – 214
2231
Bi – 214
Таблица 1. Состав пробы К1Т5П3.
Пик, кэВ
Нуклид
14
Pb – 210
47
Pb – 210
80
Th – 234
122
Ra – 226
149
Ra – 226
161
Ra – 226
182
Ra – 226
353
Pb – 214
608
Bi – 214
1145
Bi – 214
1460
Bi – 214
Таблица 2. Состав пробы К2Т3П3.
Пик, кэВ
Нуклид
65
Th – 234
95
U – 235
116
Ra – 226
146
Ra – 226
188
Ra – 226
341
Pb – 214
608
Bi – 214
773
Bi – 214
998
Bi – 214
Таблица 3. Состав пробы К2Т1П4.
Пик, кэВ
Нуклид
44
Pb – 210
80
Th – 234
116
Ra – 226
158
Ra – 226
188
Ra – 226
197
Ra – 226
209
Ra – 226
245
Pb – 214
296
Pb – 214
356
Pb – 214
602
Bi – 214
Таблица 4. Состав эталона.
Выполняем расчет текущей активности и коэффициента счетности для
эталона 𝑅𝑎226 :
𝐴0 = 1950
Бк
кг
– величина начальной удельной активности эталона,
𝑡1 : 11.05.1999 г. – дата аттестации,
𝑡2 : 10.11.2023 г. – дата выполнения лабораторной работы,
∆𝑡 = 𝑡2 − 𝑡1 ≈ 24 года и 6 месяцев ≈ 24,5 лет – пройденный
промежуток времени с даты аттестации,
𝑇1⁄ = 1600 лет – период полураспада,
2
𝑚 = 130 г. – масса.
Удельная активность эталона составляет:
𝐴𝑚 = 𝐴0𝑚 ∙ 𝑒
−𝜆∙𝑡
= 𝐴0𝑚 ∙ 𝑒
ln 2
−
∙𝑡
𝑇1⁄2
0,693
= 1950 ∙ 𝑒 − 1600 ∙24,5 ≈ 1929,417
Бк
кг
Активность эталона:
𝐴 = 𝐴𝑚 ∙ 𝑚 = 1929,417
Бк
∙ 0,13 кг = 250,824 Бк
кг
Вычисляем величину коэффициента счетности по формуле:
𝐼 = 𝐴 ∙ 𝐾сч → 𝐾сч =
𝐼
𝐴
𝐼
𝐾сч = эталон – это коэффициент счета (данную величину определяем
𝐴эталон
при помощи эталона)
Погрешность определения энергии гамма – пика может составлять до 3–
5 % от значения энергии (как правило, не более 10–15 кэВ).
Пробу К1Т5П3 и эталон мы замеряли за 300 секунд. Определяем
скорость счета в гамма – пике 609 кэВ для эталона и пробы К1Т5П3:
- эталон: скорость счета в энергии 602 кэВ (близко к 609 кэВ) по шкале
интенсивности составляет 69 имп.  69/300 = 0,23 имп/с
- проба К1Т5П3: скорость счета в энергии в энергии 608 кэВ (близко к 609 кэВ)
по шкале интенсивности составляет 4017 имп.  4017/300 = 13,39 имп/с
Определим коэффициент счетности для эталона 𝑅𝑎226 по известным
значениям скорости счета и активности эталона.
1 Бк = 1 расп/сек.
𝐾сч =
𝐼эталон
69 имп
69 имп
=
=
=
𝐴эталон ∙ ∆𝑡 250,824 Бк ∙ 300 сек 250,824 расп ∙ 300 сек
сек
имп
имп
= 0,00092
= 92 ∙ 10−5
расп
расп
Теперь можно вычислить удельную активность для пробы К1Т5П3 по
скорости счета пробы и коэффициенту счетности для 𝑅𝑎226 :
𝐴𝑚 (К1Т5П3) =
=
𝐼(К1Т5П3)
4017 имп.
=
=
𝐾сч ∙ ∆𝑡 ∙ 𝑚 92 ∙ 10−5 имп ∙ 300 сек ∙ 0,13 кг
расп
4017 имп.
=
1
−5
92 ∙ 10 (имп ∙
∙ 300 сек ∙ 0,13 кг
расп)
=
4017
=
сек
92 ∙ 10−5
∙ 300 ∙ 0,13 кг
расп
4017
=
1
−5
92 ∙ 10
∙ 300 ∙ 0,13 кг
Бк
4017
Бк
Бк
кБк
≈
111956,5
≈
112
92 ∙ 10−5 ∙ 300 ∙ 0,13 кг
кг
кг
=
Вывод: в процессе выполнения данной лабораторной работы мы
исследовали радионуклидный состав твердых радиоактивных отходов. Были
получены гамма – спектры образцов, а также рассчитаны значения активности
и коэффициента счетности для эталонного образца 𝑅𝑎226 . Значения
имп
активности и коэффициента счетности: 𝐴 = 250,824 Бк, 𝐾сч = 0,00092
.
расп
При помощи этих значений нам удалось установить удельную активность
пробы
К1Т5П3
(𝐴𝑚 (К1Т5П3) ≈ 112
кБк
).
Удельная
активность
равна
кг
кБк
кБк
кБк
2 кБк
3 кБк
112
~10
(10
> 112
> 102 ). По полученному значению и
кг
кг
кг
кг
кг
нуклидному составу пробы можно утверждать, что проба К1Т5П3 относится к
категории: твердые РАО (класс ОНАО).