Выдвижной оптоволоконный измерительный зонд для обнаружения радиоактивных материалов естественного происхождения (NORM) и других слабых излучателей.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 11918 (2023) Цитировать эту статью

192 доступа

Подробности о метриках

Мы разработали измерительный прибор на основе радиолюминесценции для использования в отраслях, связанных с радиоактивными материалами природного происхождения (NORM), а также для тех, кто нуждается в обнаружении других слабых источников радиации. Функциональность системы сталкивается с особыми недостатками портативных измерительных приборов, которые используются в настоящее время. Устройство соединяет сцинтиллятор LYSO:Ce с фотодетектором через полимерный оптоволоконный волновод, что позволяет проводить «искробезопасный» контроль внутри трубопроводов, сепараторов, клапанов и других подобных компонентов. Волоконно-оптический зонд малого диаметра электрически пассивен, невосприимчив к электромагнитным помехам и химически инертен. Схема считывания полностью встроена в портативный корпус, в котором размещена схема обнаружения кремниевого фотоумножителя (SiPM) и микропроцессорная схема, подключенная к ЖК-дисплею. Гибкий оптоволоконный волновод из ПММА длиной 15 м соединен встык с зондом из АБС-пластика, на котором закреплен сцинтиллятор LYSO:Ce. Первоначальные испытания включали использование лабораторных источников смешанного гамма-излучения, а измерения проводились совместно с эталонным обычным измерительным прибором GM. Характеризация с помощью источников NORM на установке дезактивации показала полезную чувствительность, охватывающую диапазон мощности дозы от 0,10 до 28 мкЗв/ч (R-квадрат 0,966), расширяющийся до 80 мкЗв/ч, как было продемонстрировано при использовании Cs- 137 источник. Показано, что система является эффективным инструментом для обнаружения радиоактивности в труднодоступных местах, в частности для источников, излучающих при низких уровнях радиации, вплоть до значений, приближающихся к фоновому.

Необходимость определения уровня радиации выше фона хорошо документирована, не в последнюю очередь в отношении добывающих и связанных с ними перерабатывающих отраслей промышленности, требующих, чтобы радиоактивные материалы естественного происхождения (так называемые среды, подверженные воздействию NORM) обращались с должным уважением к здоровью и безопасности. безопасность, минимизация образования отходов и повторное использование выведенных из эксплуатации сред, подвергшихся воздействию NORM. С такими проблемами сталкиваются, например, нефтегазовая (нефтегазовая) промышленность, промышленность по обогащению полезных ископаемых, обработка металлолома и материалов, предназначенных для экспорта. Более того, в контексте безопасности существует потребность в более универсальных возможностях обнаружения антропоморфных источников, которые по ряду причин могут излучать лишь на слабых уровнях. В обеих областях, и в частности в целях разминирования, может возникнуть необходимость принятия решений в труднодоступных местах – тема, которую призвана рассмотреть настоящая работа. Радиоактивные отходы в сфере разведки и добычи нефти и газа проявляются в виде шлама и накипи. Обнаружение NORM, обнаруженного во внутренних частях различных компонентов, может быть затруднено из-за формы и размеров задействованных предметов (включая изгибы труб, часто с ограниченным внутренним диаметром), труднодоступных мест и предметов, длиной до 15 м и более. Безопасный регулярный мониторинг систем и сырья имеет важное значение.

При проверке труб на наличие радиоактивных материалов естественного происхождения (НОРМ), вопросу, на котором будет сосредоточена настоящая работа, а также служащему платформой для других подобных задач, определение наличия радиоактивности является вопросом значительной необходимости. Это может потребоваться сделать для уровней выбросов, которые даже приближаются к фоновому, в зависимости от требований законодательства, а также в отношении необходимой степени точности. Возможно, потребуется проверить длинные трубопроводы, сепараторы, скважины, элементы ограничения потока, трещины и другие места в ограниченном пространстве. Системы досмотра должны быть надежными, а также обеспечивать возможность работы систем обнаружения в водных и других подобных средах, а также в присутствии взрывоопасных газов. В нефтегазовой отрасли, а также в других добывающих и обогатительных отраслях NORM часто встречается в труднодоступных местах. В ситуациях, связанных с большими количествами затронутых материалов, работа с ними может представлять потенциальный риск для работников. Кроме того, может стать затруднительной утилизация загрязненной среды, а переработка металлолома требует подтверждения отсутствия обнаруживаемой радиоактивности. Соответственно, измерение радиации на низких уровнях становится важным, не в последнюю очередь для пострадавших отраслей, в том числе в отношении вывода из эксплуатации объектов и повторного использования или перепрофилирования проверенных материалов. Большинство современных коммерческих устройств для измерения радиации не являются искробезопасными, не способны проводить дистанционные измерения, не позволяют работать в водной среде и менее эффективны при определении радиоактивности, которая приводит лишь к слабому рентгеновскому или гамма-излучению. Даже с учетом возможности появления более сильных бета-компонентов (например, неподдерживаемого Pb-210), в таких обстоятельствах измерения, проводимые снаружи трубопровода или другой подобной защиты, вполне могут пропустить обнаружение бета-излучений ближнего действия (которые составляют несколько десятков см только в воздухе). ).