Доповідач
Опис
Число ядерних реакторів в усьому світі, які виводяться з експлуатації збільшується оскільки перші покоління реакторів досягли закінчення свого розрахункового терміну експлуатації. На сьогоднішній день виведені з експлуатації 200 енергетичних реакторів, з яких 12 – після пош-коджень в результаті аварії чи серйозного інциденту, 46 – передчасно з політичних міркувань, 139 – визнані нерентабельними чи такими, які відпрацювали розрахунковий термін експлуатації. Поряд з цим було виведено з експлуатації біля 500 дослідницьких реакторів та декілька па-ливних збірок.
В той же час АЕС є одним з найкрупніших джерел радіоактивного металобрухту та головним споживачем радіоактивно-забруднених матеріалів, які повторно використовуються. Величезна кількість доступного металу та його, переважно, низький рівень радіоактивності передбачають можливість його застосування в майбутніх енергоблоках. З врахуванням усіх типів ядерних установок, які будуть виведені з експлуатації, кількість металобрухту, отриманого в результаті виведення з експлуатації в найближче десятиліття оцінюється в ~ 30 млн. т.
Виходячи з вищевикладеного, метою даної роботи є як вимірювання активностей вищезгаданих радіонуклідів, так і довгоживучих радіонуклідів, розпад яких супроводжується випромінюванням γ-квантів за допомогою фотоактиваційної методики на зразках реактора ВВР-М ІЯД НАН України. Цей реактор знаходиться в експлуатації 65 років та в певній мірі може використовуватись для моделювання активностей при виведенні з експлуатації дослідницьких реакторів.
В конструкційних матеріалах основною гамма-активністю після зупинки реактора і протягом наступних 50 років є активність 60Co. Вона легко вимірюється гамма-спектрометрами, зібраними на базі напівпровідникових детекторів, оскільки при розпаді 60Co випромінюються γ-кванти високої енергії (1173 та 1333 кеВ). Знаючи активність 60Co та співвідношення досліджуваних матеріалів порівняно з домішками кобальту можна розрахувати кількості радіоактивних нуклідів, які напрацьовуються в (n,γ)-реакції. Для визначення співвідношення різних елементів в конструкційних матеріалах ми використовували фотоактиваційну методику [1].
Нами досліджувались зразки бетону (далі зр. №1) та конструкційних матеріалів (виготовлені зі сталі болт, кутник, гайка, шайба (далі зр. 2-5, відповідно)). На рис. 1-2 приведені фрагменти γ-спектрів бетону та шайби після опромінення гальмівними гамма-квантами на мікротроні М-30 Інституту електронної фізики НАН України (м. Ужгород). Інші зразки не опромінювались.
Було виконано дві серії опромінень та вимірювань при максимальній енергії електронів (Егр) 19.5 та 17.5 МеВ. Середній струм електронів складав 1 мкА при Егр=19.5 МеВ та 2 мкА при Егр=17.5 МеВ. Розкид електронного пучка по енергії не перевищував 0.25 % і він повністю накривав гальмівну мішень, яка складалася із танталової прямокутної пластини розмірами 5.2×4.6 см та товщиною 1.05 мм. За нею на відстані 8-20 см кріпились досліджувані мішені. За рахунок вищого струму та оптимального розташування мішеней вдалося досягти кращої активації при Егр=17.5 МеВ.
Спектри мішеней вимірювались на γ-спектрометрах, зібраних на базі HPGe-детекторів фірм Canberra та Ortec з ефективністю реєстрації (15-40)% порівняно з NaI(Tl)-детектором розмірами 3′′×3′′ та блоків електроніки цих же фірм. Енергетична роздільна здатність спектрометрів склала 1.8-2.0 кеВ на γ-лініях 1332 кеВ 60Со.
В γ-спектрах неопромінених зразків спостерігаються наступні довгоживучі радіонукліди:
94Nb (T1/2=2×104 років), 137Cs (T1/2=30 років), 133Ba (T1/2=13 років), 60Cо (T1/2=5.27 роки), 152Eu (T1/2=13 років) та 154Eu (T1/2=8.6 років). В опромінених зразках (див. рис. 1-2) спостерігаються активності 57Ni ((γ,n)-реакція на 58Ni), 89Zr ((γ,n)-реакція на 90Zr), 99Mo((γ,n)-реакція на 100Mo). Також спостерігаються активності 47Са та 43К, як наслідок реакцій 48Ca(γ,n)47Ca та 44Ca(γ,p)43K, відповідно. З цих даних, використовуючи формули активаційного аналізу для даних нуклідів були отримані співвідношення мас необхідних ізотопів по відношенню до маси кобальту та ро-зраховані активності (див. табл. 1-2). В останній стрічці кожної таблиці наведено питомі рівні звільнення (Азв) від регулюючого контролю для кожного радіонукліда.
Рис. 1. Фрагменти γ-спектру активованого зразка №1 при Егр = 19.5 МеВ. Вставка крайня справа зверху відповідає опроміненню при Егр = 17.5 МеВ.
Рис. 2. Фрагмент γ-спектру активованого зр. №5 при Егр = 17.5 МеВ.
Таблиця 1. Співвідношення мас та довгоживучі бета-активності в зразках з дослідницького реактора
Радіoнуклід 41Са (40Са) 59Ni (59Ni) 63Ni(62Ni) 93Zr (92Zr) 93Mo (92Mo) 99Tc
Cпіввідношення мас материнського нуклі-ду (в дуж-ках) та 59Co Зр. №1 42080(6300) 1.02(17) 0.054(9) 0.40(6)
Зр. №5 5.2(6) 0.28(3) 0.076(11)
Активність на 01.12.2024 р., мБк/г Зр. №1 52(9) 0.019(4) 1.6(3) 1.7(6)×10-5
Зр. №5 22.0(31) 1870(240) 0,025(4) 3.9(6)×10-4
Зр. №2 0.33(5) 28.0(36) 3.8(6)×10-4 4.1(6)×10-4
Зр. №3 0.23(3) 20.0(26) 2.6(4)×10-4 1.6(2)×10-4
Зр. №4 28(4) 2360(300) 0.032(5) 2.3(3)×10-4
Aзв, мБк/г 105 104 103
Таблиця 2. Довгоживучі гамма-активності в зразках з дослідницького реактора
Радіoнуклід 152Eu 154Eu 133Ba 94Nb 137Cs 60Со
Активність на 01.12.2024 р., мБк/г Зр. №1 4.0(4) 9.1(9) 4.1(9) 19,0(16)
Зр. №5 240(10) 44.0(22) 5.3(1.1) 190(8) 1470(66) 4430(200)
Зр. №2 67(3)
Зр. №3 8.4(4) 47(2)
Зр. №4 118(5) 20.2(15) 3.6(7) 52.0(23) 5900(250) 5580(240)
Aзв, мБк/г 100 - 100
Виміряні активності довгоживучих радіонуклідів, які утворились в конструкційних матеріалах та бетонному захисті за допомогою зразків, відібраних в реакторі ВВР-М. Вперше для даного дослідницького реактору зроблена оцінка внеску довгоживучих радіонуклідів, розпад яких не супроводжується випромінюванням гамма-квантів. Показано, що активності даних радіонуклідів, за виключенням 63Ni є значно нижчими рівнів звільнення, які можуть досягати десятків бекерель на грам.
В цілому можна відмітити, що найбільшу небезпеку представляє 60Со, активність якого для окремих зразків значно перевищує рівень звільнення, який складає 100 мБк/г. Слід також конт-ролювати вміст 63Ni, активність звільнення для якого складає 100 Бк/г.
- V.A. Zheltonozhsky et al. Jour. of Envir. Rad. 227 (2021) 106509.
