Сбор данных осуществляется с помощью детектора из сверхчистого германия, входящего в состав оборудования Межфакультетской лаборатории атомной физики и спектрометрии НГУ. Для обработки данных создан специальный программно-аппаратный комплекс. Первый проект, реализованный с применением методики, – научно-исследовательские работы по определению уровня содержания радиоактивных веществ (радона) в грунте шахт и угольных разрезов Кемеровской области.
Для измерения радиоактивности образцов грунта по различным нуклидам набирались спектры гамма-излучения детектором из сверхчистого германия. Это уникальное оборудование, позволяющее точно определять энергию гамма-квантов. Германий – редкий в литосфере Земли химический элемент, полупроводник, используется в микроэлектронике. Его эффективность регистрации фотонов выше, чем у кремния, поэтому его применяют в детекторах рентгеновского и гамма-излучения. Получение сверхчистого германия – сложный процесс очистки методом зонной плавки, что определяет высокую стоимость оборудования.
Германиевый детектор обладает высоким энергетическим разрешением (0,01%) в диапазоне энергий, характерных для гамма-квантов из атомных ядер, что важно при измерении сверхмалых концентраций радиоактивных веществ. Ученые НГУ разработали высокочувствительный метод, прошедший апробацию в ходе проекта по определению содержания радиоактивных веществ в грунте шахт и угольных разрезов Кемеровской области. Исследование направлено на определение влияния типов почв и климата на радиоактивную обстановку. Это может позволить прогнозировать радиационную обстановку при постройке жилья.
«Сложность задачи состояла в низкой концентрации радиоактивных веществ в образцах грунта. Для достоверного результата требовалось много статистики как образца, так и фона. Работа длилась почти полгода, к ней привлекли научных сотрудников Межфакультетской лаборатории и студентов», – рассказывает Елена Старостина, старший преподаватель физического факультета НГУ.
Первый этап включал сбор данных на детекторе. Коллеги из КемГУ предоставили порядка 230 образцов массой от 100 до 250 граммов с разной глубины. Данные набирали ежедневно с мая по ноябрь 2024 года и каждую неделю фоновый спектр. Схема эксперимента: детектор из сверхчистого германия, окруженный свинцовой трубой, подавляющей фоновые гамма-кванты, охлаждается азотным криостатом.
«Основная сложность измерения сверхмалых концентраций – фоновое излучение, которое ослабляется свинцовым экраном. Излучение образцов в 7 раз слабее фонового. Для контраста спектры набирались получасовыми порциями в течение не менее трех часов. Раз в неделю набирались многочасовые фоновые спектры», – делится Вячеслав Каминский, старший преподаватель, куратор Межфакультетской лаборатории атомной физики и спектрометрии НГУ.
Особенность эксперимента – попадание в детектор только 10% гамма-квантов от образца. В детекторах колодезного типа можно работать только с маленькими образцами. Разработанная методика компенсирует недостаточную эффективность регистрации гамма-квантов.
Таким образом, методика, разработанная учеными НГУ, позволяет измерять очень низкие уровни радиации, причем связать ее с конкретными излучающими агентами – радионуклидами. Данная методика найдет применение в мониторинге экологической обстановки, для составления карт радиоактивного заражения после радиационных аварий и т.д.
Источник: «Научная Россия»
распечатать статью
