Метод обработки спектра при измерении детектором NaI(Tl) малых уровней удельной активности 137Cs в присутствии природных радионуклидов

При измерении малых уровней содержания ¹³⁷Cs в пробах почвы на спектрометрах с детектором NaI(Tl) идентификация пика ¹³⁷mBa (662 кэВ гамма-линия этого дочернего радионуклида) затрудняется за счет влияния природных радионуклидов, пики которых попадают в область регистрации ¹³⁷mBa. Для идентификации и оценки площади под пиком ¹³⁷mBa необходимо знать вклад в данную область фоновой составляющей и отдельный вклад каждого природного радионуклида. При использовании данного подхода точность оценки площади фотопика ¹³⁷mBa зависит от точности, с которой будут определены уровни природных радионуклидов. В статье предложен метод обработки спектра, основанный на учете индивидуальных параметров спектрометра и более точном определении удельных активностей природных радионуклидов. Метод включает моделирование участков спектра каждого природного радионуклида в области пика ¹³⁷mBa и вычитание моделируемых участков и фонового спектра из суммарного спектра под пиком ¹³⁷mBa. Использование данного подхода позволяет измерять с детектором NaI(Tl) размером 63×63 удельные активности ¹³⁷Cs в геометрии Маринелли объемом 1 л на уровне 0,7–1 Бк/кг с неопределенностью 30–50% при времени измерений 6 ч. 

1. Храмцов Е.В., Репин В.С., Библин А.М. и др. Радиационно-гигиеническая характеристика охранных зон мирных ядерных взрывов в Архангельской области // Радиационная гигиена. 2021. Т. 14, № 1. С. 111-123. https://doi.org/10.21514/1998-426X-2021-14-1-111-123.

2. Рамзаев В.П., Медведев А.Ю., Репин В.С., и др. Радиационно-гигиенический мониторинг в местах применения ядерно-взрывных технологий в мирных целях и расчет доз облучения критических групп населения // Радиационная гигиена. 2010. Т. 3, № 1. С. 33-39.

3. Официальный сайт НПП Доза. Характеристика прибора «Прогресс-гамма»: описание. URL: https://www.doza.ru/ catalog/spectrometers/3/ (Дата обращения 30.08.2022).

4. Официальный сайт НТЦ Радэк. Характеристика прибора МКГБ-01: описание. URL: https://www.radek.ru/ product/Spektrometry---radiometry-gamma---beta--i-alfaizlucheniya/23/ (Дата обращения 30.08.2022).

5. Официальный сайт НТЦ Амплитуда. Характеристика прибора МУЛЬТИРАД-гамма»: описание. URL: https:// amplituda.ru/catalog/ radiatsionnyy-kontrol/oborudovanie-radiatsionnogo-kontrolya-2/spektrometry-i-radiometry/. (Дата обращения 30.08.2022).

6. Обзор отечественных радиометрических и спектрометрических систем, которые могут быть использованы для целей учета и контроля ядерных материалов. URL: http:// vniia.ru/rgamo/literat/obzor/doc/obzorrus.pdf (Дата обращения 10.09.2022).

7. He J-F., Yang Y-Z., Qu J-H., et al. An inversion decomposition method for better energy resolution of NaI (Tl) scintillation detectors based on a Gaussian response matrix // Journal of Nuclear Science and Technology. 2016. Vol. 27. P. 2-10.

8. Alizadeh D., Ashrafi S. New hybrid metaheuristic algorithm for scintillator gamma ray spectrum analysis // Nuclear instruments and methods in physics research. Section A: Accelerators, spectrometers, detectors and associated equipment. 2019. Vol. A 915. P. 1–9.

9. Арефьева Д.В., Фирсанов В.Б., Куруч Д.Д., и др. Градуировка сцинтилляционного спектрометра гаммаизлучений с применением метода математического моделирования // Радиационная гигиена. 2020. Т. 13, № 4. С. 93-100. DOI: 10.21514/1998-426X-2020-13-4-93-100.

10. Hendriks P.H.G.M., Limburg J., de Meijer R.J. full-spectrum analysis of natural g-ray spectra // Journal of Environmental Radioactivity. 2001. Vol. 53. P. 365–380.

11. Alamaniotis M., Jevremovic T. Hybrid fuzzy-genetic approach integrating peak identification and spectrum fitting for complex gamma-ray spectra analysis // IEEE Transactions on Nuclear Science. 2015;62(3): 1262–1277. DOI:10.1109/ tns.2015.2432098.

12. Burr T, Hamada M. Radio-isotope identification algorithms for NaI γ spectra // Algorithms. 2009;2: 339-360. DOI: 10.3390/a201033.

13. Liu B., Yang H., Lv H., et al. A deconvolution method for scintillator gamma-ray spectrum analysis based on convex optimization // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. 2020;A(957): 1-6.

14. Shahabinejad H., Vosoughi N. SGSD: A novel sequential gamma-ray spectrum deconvolution algorithm // Annals of Nuclear Energy. 2019;132: 369–380.

15. Дровников В.В., Егоров М.В. и др. Программа «Na Spectra Analysis System» – SAS Na M3 для обработки сложных NaI сцинтилляционных спектров. Доклад на XVII международном семинаре «Спектрометрический анализ. Аппаратура и обработка данных на ПЭВМ». 15 – 19 ноября 2010 г. ФГОУ «ГЦИПК» г. Обнинск. URL: http:// www.radiation.ru/ publications/SAS_Na_M3_software_ for_complex_NaI_gammaspectra.pdf –(Дата обращения: 11.07.2022).

16. Седнев К.А., Некрасов В.А., Репин В.С. Универсальная градуировка сцинтилляционного спектрометра с детектором NaI(Tl) при измерении активности 137Cs в счетных образцах произвольной плотности и объема // Радиационная гигиена. 2021. Т. 14, № 4. С. 96-102. DOI: 10.21514/1998-426X-2021-14-4-96-102.