ИЯИ РАН - инновационные проекты

Радиохимический газовый нейтронный детектор неразрушающего контроля расщепляющихся материалов

Детекторы неразрушающего контроля делящихся материалов можно разделить на два основных класса. Первые основаны на регистрации гамма излучения, образующегося при распаде радиоактивных материалов, вторые - на регистрации нейтронов распада. Последний класс подразделяется на два основных подкласса: пассивный и активный методы регистрации нейтронов. Активный метод подразумевает первоначальное облучение исследуемого материала потоком нейтронов, создаваемых автономным нейтронным источником, который создает наведенную активность в облучаемом материале, а затем уже нейтроны, излучаемые из области наведенной активности, регистрируются детектором.

Основная проблема, существующая при решении задач неразрушающего анализа материалов активным методом, состоит в очень высокой загрузке трактов вторичного излучения, обусловленного взаимодействием нейтронов с конструктивными элементами самого нейтронного источника, исследуемого объекта, а также с веществом всего окружающего источник и исследуемый объект пространства. Высокий уровень фоновой загрузки до последнего времени не позволял говорить о сколько-нибудь значимом практическом применении активных методов для реального поиска малых количеств веществ, находящихся, например, внутри пассажирского багажа или грузовых контейнеров, заполненных различными грузами.

Другой немаловажной проблемой указанного способа регистрации является радиационное загрязнение исследуемого материала и окружающей среды. Пассивный метод регистрации не требует первичного облучения исследуемого объекта и основан на регистрации излучения, образующегося непосредственно при распаде делящихся и радиоактивных материалов. В частности, уран и все трансурановые элементы распадаются с испусканием альфа-частиц, которые имеют очень короткий пробег и взаимодействуют с легкими ядрами конструкционных материалов и окружающей атмосферы с образованием быстрых нейтронов. Вот эти то быстрые нейтроны и позволяет эффективно регистрировать предлагаемый нами метод.

Регистрация нейтронного излучения в режиме реального времени (мониторирования) осуществляется проточным газовым радиохимическим методом (ПГРМ). Особенность ПГРМ состоит в использовании свойства свободного выхода атомов инертных радиоактивных газов, образующихся в результате ядерных реакций, из кристаллической решетки некоторых твердых веществ. Образовавшийся в ампуле детектора инертный радиоактивный газ транспортируется газом - носителем в пропорциональный газовый счетчик проточного типа, где производится измерение скорости распадов ядер радиоактивного инертного газа, однозначно связанной с плотностью потока ионизирующего излучения в ампуле детектора.

ПГРМ был применен для мониторирования нейтронного потока импульсной нейтронной мишени "РАДЭКС" с подсветкой от линейного протонного ускорителя Московской мезонной фабрики ИЯИ РАН, а также нейтронов от изотопного Pu-Be источника. Скорость счета составила ~10 имп/сек при массе активного вещества 30 г. Минимальный поток на ампуле составил ~3-5х103н/см2сек. Чувствительность ПГРМ детектора такова, что при массе активного вещества в рамке детектора 10 кг. на расстоянии 0,5 м от контейнера можно зарегистрировать 1 г. U-235, 0,04 г. Th-230, 0,02 г. Pu-239, 0,002 г. Pu-240, 0,0002 г. Am-241, 0,000004 г. Cf-250 за 1 минуту экспозиции. Проект основан на результатах исследований, опубликованных в статье:
S.G.Lebedev, S.V.Akulinichev, A.S.Iljinov, V.E.Yants, A Gaseous Radiochemical Method for Registration of Ionizing Radiation and Its Possible Applications In Science and Economy, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, v. A561(2006)90-99. На разработку получен патент РФ №2286586 с приоритетом от 19 апреля 2005 г.

На основе оригинальной авторской, не имеющей аналогов в мире методики создан лабораторный опытный образец детектора неразрушающего контроля расщепляющихся материалов для использования в аэропортах, пунктах пропуска и таможенных терминалах, на постах ГАИ, на турникетах в МЕТРО, в местах массового скопления людей, а также в потоках ж.д., автомобильного морского транспорта.

Руководитель проекта: