Determinação de resíduos ISOTOPIC gamma

A ISOTOPIC oferece soluções integradas práticas para vários problemas de medição de raios gama encontrados em aplicações de análise e caracterização de resíduos radioativos. Ele analisa o espectro de germânio de alta pureza (HPGe) de alta resolução e determina os resultados de amostras de grande volume.

O ISOTOPIC pode ser usado "fora da caixa" como parte de um sistema móvel fácil de operar, como o ORTEC ISO-CART-85, ou integrado a um sistema de automação, por exemplo, para medições de alto fluxo em grandes recipientes em projetos de desmantelamento.

Aplicabilidade
Aplicável às seguintes geometrias:

• Caixa, barril, tubo ou superfície (detector recto)
• Pequenos recipientes geométricos fechados (por exemplo, garrafas com tampa)
• Determinação de grandes áreas do solo e da superfície do solo (detector não recto: Método M-1)

A ISOTOPIC oferece muitos "modelos" de geometria padrão a partir dos quais configurações de medição específicas podem ser desenvolvidas. Estes modelos incluem cilindros (do topo e do lado; incluindo cilindros revestidos (tubos)), caixas, fontes de pontos (campos distantes), pequenos recipientes geométricos fechados com tampas e planos infinitos. A opção de contagem de garrafas no ISO-CART-85 é um exemplo da geometria de fechamento "com tampa de ponta". O padrão plano infinito (solo) fornece medições não diretas de poluição, deslizamento ou vazamento em grande área, como a medição do solo no solo.

método
No modo contêiner, a contagem de envolturas, tubulações e superfícies é calibrada pelo detector por meio de uma única medição de fonte de ponto, mesmo quando o rectificador é usado. Esta calibração primária atende aos padrões de certificação de qualquer detector e pode ser extraída ou modelada para corresponder às condições físicas da amostra, geometria do recipiente, material e composição da matriz. O modelo é baseado no método "ponto-núcleo", que divide todo o problema de medição em vários pixels de fonte / matriz e calcula e soma suas contribuições para o espectro composto. Este método é semelhante ao método de Monte Carlo, utilizando os parâmetros do detector fornecidos pelo usuário (diâmetro do cristal, comprimento do cristal, camada morta e espessura da tampa final) como parte da configuração de medição. Além de uma única calibração de fonte de ponto, não é necessária uma medição separada especial para calibrar o detector.

O ISOTOPIC inclui um algoritmo aprimorado de "geometria fechada", onde a distância entre o detector e o recipiente é inferior a 15 centímetros.

Para contagens de solo de grande área não rectas, o método "1 m", desenvolvido pelo DOE EML2 dos EUA e mais tarde pela Extensão 3, pode ser usado. Aplica-se a muitas situações:

• Avaliação de limpeza de locais usados anteriormente
• Avaliação dos núcleos depositados em situações de emergência
• Monitoramento ambiental convencional perto de instalações nucleares

O método EML simplifica o problema de medição complexo ao produto de três fatores fáceis de determinar. A área do pico de raios gama é associada à atividade específica dos núcleos através da multiplicação de três fatores. Uma série de fatores para o tipo de detector e as condições do solo foram identificados e listados no programa. A calibração de eficiência foi determinada usando a eficiência especificada pela ANSI/IEEE 325-1996, bem como o comprimento e o diâmetro do cristal sob 1,33 MeV.

Para melhorar a precisão em baixas energias, os usuários podem usar a mesma calibração do modo de contêiner em vez do método EML.

Não é necessária uma calibração especial (e cara) de Monte Carlo do detector. Determine a correção de decadência selecionando o tipo de solo e o tipo de distribuição de núcleos: sedimentos recentes (superficiais), sedimentos mais antigos (penetrantes) ou sedimentos naturais (uniformes). A calibração de energia e picos é realizada com fontes de linhas múltiplas e pode ser automatizada. Se você usar o ISOTOPIC, não haverá custos inesperados de calibração do detector.

Medições múltiplas em um único recipiente
Ao medir qualquer grande recipiente de resíduos, muitas vezes são feitas várias medições em diferentes direções para garantir que os resultados sejam obtidos. Se apenas um sistema de hardware estiver disponível, a medição pode ser realizada em sequência, e se vários conjuntos de hardware estiverem disponíveis, a medição pode ser realizada simultaneamente. O ISOTOPIC combina automaticamente os resultados obtidos com base em médias ponderadas definidas pelo usuário. Quando vários detectores são usados simultaneamente, o espectro em tempo real de cada detector pode ser exibido simultaneamente na tela para garantir a precisão dos dados.

Relatórios padrão e personalizados
A ISOTOPIC oferece relatórios flexíveis em produtos padrão. Todos os parâmetros modificáveis podem ser incluídos no relatório de saída padrão. Os resultados da análise são armazenados em um banco de dados compatível com o MS Access e são facilmente impressos ou exportados para processamento posterior em relatórios resumidos. Relatórios personalizados podem ser gerados usando relatórios de cristal.

Compatibilidade de hardware
Como todos os produtos de software de aplicação ORTEC CONNECTIONS, o ISOTOPIC é compatível com todo o hardware ORTEC MCA. Em particular, é ideal para uso com o IDM-200-V, um sistema de espectrômetro portátil HPGE completo e durável que não requer o uso de nitrogênio líquido.

Suporte para integradores de sistemas
Os integradores de sistemas geralmente precisam desenvolver sistemas de automação em que os detalhes de controle e análise de hardware são em grande parte escondidos por operadores humanos sob a camada de software, que é projetada para fornecer uma interface de usuário simplificada e / ou permitir operações sem supervisão. O conjunto de documentos de usuário padrão contém uma grande quantidade de documentos que ilustram como controlar o mecanismo de análise a partir da linha de comando usando materiais de exemplo. Os parâmetros e resultados da análise serão salvos em um banco de dados compatível com o ACCESS. Ele fornece todas as informações necessárias sobre a estrutura do arquivo, incluindo a estrutura do arquivo do banco de dados ISOTOPIC. A estrutura de arquivos de espectro ou "SPC" está disponível em um manual acompanhante separado.

O controle de hardware ORTEC é implementado através do chamado UMCBI, que fornece uma API universal para todo o hardware espectral suportado. O kit de ferramentas do programador, como opção, fornece instruções ao integrador de sistemas sobre como controlar facilmente o hardware MCA a partir de um programa desenvolvido por ele próprio. Normalmente, o programa ISOTOPIC básico é usado para configurar o hardware do sistema e a calibração e, em seguida, a aplicação do integrador controlará o sistema durante o ciclo operacional normal. Usando essas ferramentas e o nível de documentação fornecido, os integradores de sistemas podem facilmente desenvolver sistemas de medição complexos.

Utilização isotópica
ISOTOPIC tem dois modos: administrador e operador. Os operadores só precisam escolher entre um subconjunto mínimo de opções do sistema definidas pelo administrador. O modo administrador é usado para definir as ações que o operador pode executar. O assistente orientará o administrador para configurar o programa do operador. O assistente mostra os parâmetros na tela do agrupamento lógico e destaca a viabilidade do método.

A partição administrador/operador permite que até mesmo os operadores semi-qualificados coletem bons dados no local, reduzindo o tempo de repetição desperdiçado (custo menor por item de medição). É claro que os usuários experientes podem escolher executar dois modos.

Os administradores podem calibrar o sistema, criar bibliotecas, definir geometrias de amostras, matrizes, rectificadores e outros recursos para uso posterior pelo operador. Os administradores também podem definir funcionalidades que permitem o acesso do operador.

A tela inicial do operador é determinada pelas permissões concedidas pelo administrador e é muito mais simples do que a tela do administrador. No uso diário, para a análise do contêiner, o operador só precisa iniciar a coleta, selecionar a configuração (configuração padrão do contêiner) e, em seguida, digitar "dados de registro", como ID do contêiner, tipo, peso e dados de medição críticos (como a distância do detector ao contêiner).

As configurações padrão de contêiner e rectificador são definidas e especificadas pelo administrador. A configuração do contêiner inclui tamanhos padrão, materiais e detalhes da matriz. Quando necessário, o operador pode especificar e chamar qualquer número dessas configurações.

Ferramentas de análise
Gráfico de resultados interativo
Após a análise, o operador pode otimizar os resultados ajustando os parâmetros físicos do recipiente/matriz (por exemplo, densidade da matriz ou espessura da parede do recipiente) usando um nucleograma.

Este gráfico mostra a diferença percentual entre a atividade de medição corrigida e a atividade de pico de referência de cada núcleo calculado. Os administradores podem escolher o pico de referência. Os operadores podem otimizar a análise e ajustar a fração de peso do recipiente, da matriz e do urânio para otimizar os resultados. Se os pontos de núcleos multipicos tiverem uma distribuição normal perto da "linha zero", isso significa que houve bons resultados. Ao analisar o urânio, se for conhecido que o U-235 está enriquecido, esse valor pode ser inserido para calcular com mais precisão os valores de U-238 e U-234 em amostras que contêm atividade de urânio fraco. Este método permite analisar amostras uniformes e desiguais com maior precisão. Para embalagens com distribuição desigual de materiais, o usuário obterá uma combinação de parâmetros que tornam alguns gráficos de atividade de núcleos mais planos. Este gráfico, juntamente com o espectrograma, pode fazer parte do relatório de saída.

Calculadora de campo de visão
O campo de visão do detector é um parâmetro importante na medição. Algoritmos de software "corrigem" ou ajustam de acordo com o conteúdo "visto" no campo de visão do rectificador para analisar o conteúdo de todo o recipiente. Em geral, a escolha do campo de visão para que ele seja preenchido por um recipiente, longe dessa posição reduzirá a relação sinal-ruído no espectro, e perto dessa posição resultará em medições mais vulneráveis ​​a desigualdades locais (o impacto pode ser reduzido ainda mais através de várias medições em diferentes direções). A conveniente calculadora de campo de visão permite ao operador avaliar qual parte do recipiente está realmente dentro do campo de visão do detector recto.

relatório
Após a finalização do ajuste, o operador pode selecionar um relatório para cada núcleo que mostra a atividade e o peso. Em seguida, imprimir esses resultados e arquivar. Os arquivos de relatório podem ser escritos como um resumo de banco de dados ou um relatório completo, que exibe todas as informações de entrada e correção. Use a opção Gerador de Relatórios para gerar relatórios personalizados. As tabelas de componentes com estimativas de erro podem ser usadas para ajudar a reduzir a incerteza geral, por exemplo, prolongando o tempo de contagem ou reorientando o detector. Se alguma correção parecer excessiva, o usuário também receberá um aviso. Calcule a atividade mínima detetável (MDA) de cada núcleo. A atividade medida várias vezes, o número de gramas de U ou Pu ou MDA podem ser relatados como médias ponderadas. A ponderação pode ser definida pelo usuário.

Exatidão dos resultados
A suposição básica para uma única medição é que todo o objeto contém a mesma matriz e atividade relativa ao volume da parte medida. Ao fazer várias medições a partir de diferentes pontos na superfície do objeto e comparar as semelhanças, a imprecisão resultante da hipótese incorreta pode ser reduzida. Essas comparações podem ser usadas para desenvolver estratégias de medição para objetos individuais, reduzindo tais erros do sistema. Se necessário, a ISOTOPIC pode fornecer um relatório médio ponderado, incluindo a atividade mínima detectável relevante.

No geral, os principais fatores que afetam a precisão dos resultados são: tempo de contagem e estatística, incerteza de calibração, número de medições repetidas de objetos individuais (incerteza aleatória), desigualdade na densidade da matriz e distribuição de núcleos e número de medições feitas de objetos individuais em diferentes direções (erro do sistema).

As faixas de precisão de 10 a 50% devem ser consideradas representativas, e as faixas mais pequenas são geometrias claramente definidas em matrizes uniformes e leves.

Gerenciador de bibliotecas analíticas
ISOTOPIC contém um editor de bibliotecas abrangente para criar bibliotecas de análise personalizadas. O editor permite que os operadores cortem e colam núcleos e picos da biblioteca principal, adicionem marcadores de identificação (picos de fuga individuais, raios-X ou outros) e análises (linhas-chave ou exclusão do cálculo de atividade) a cada pico e salvem a biblioteca como qualquer nome. Ele também integra a ferramenta completa da biblioteca Nuclide Navigator. O ISOTOPIC usará o "Navegador de Nucleos" para ler a biblioteca do "Navegador de Nucleos" no formato de banco de dados do Microsoft Access (sem necessidade de conversão) e armazenar o repositório no formato de banco de dados para uso do "Navegador de Nucleos".

Garantia de qualidade
A garantia de qualidade da ISOTOPIC cumpre os requisitos da ANSI N13.30. Para cada detector, o seguinte é monitorado:

• Base total do detector
• Atividade total (correção de decadência) de todos os núcleodes calibrados
• Ratio FWHM médio (padrões de espectro e calibração)
• Ratio FW1/10M médio (padrão de espectro e calibração)
• Deslocamento do pico médio do valor da biblioteca
• Energia de pico real do centro

Detalhes do cálculo

Revisão do Método do Padrão de Isótopo do Contenedor
A atividade dos isótopos no recipiente é dada da seguinte forma:

Dos quais

Um_isótopo=Atividade isótopica relatada (Bq/μCi).

PA_meas= Taxa de contagem da área de pico de referência dos isótopos medidos para raios gama (c/s). Esta quantidade pode ser determinada diretamente a partir do espectro e do tempo de vida da coleta. Se houver isótopos de meia-vida curta ou mudanças rápidas na atividade da amostra em amostras de fluxo, o algoritmo de correção de tempo de morte ZDT da ORTEC será muito útil.

CF_item= Fatores de correção de autodecadimento do recipiente, da matriz e da amostra. A ISOTOPIC calcula esses dados com base nos dados físicos fornecidos na configuração.

CF_col= Factor de correção do rectificador. Alguns raios gama penetrarão no recto ao redor do detector de germânio. O fator de correção do returador depende em grande parte do diâmetro do returador, da profundidade do returador e da espessura da parede do returador, bem como do ângulo da radiação e da sua energia.

O fator de correção do returador pode ser determinado calculando primeiro a parte da atividade que não é ocultada pelo returador e, em seguida, o comprimento da penetração da atividade restante no returador. Isso é determinado para cada somina do objeto testado.

Se não houver rectificador, é definido como 1.

BRraio=Relação de ramificação de raios gama. Essa informação está contida na biblioteca de núcleos.

det = Eficiência do detector (cps/Bq, μCi) medida com uma fonte de ponto rastreável do NIST. A distância típica de calibração é de 30 cm, onde o detector e a fonte podem ser considerados objetos pontuais. Na proximidade, o comprimento e o diâmetro do detector não podem ser ignorados. Ao fornecer essas dimensões durante o processo de calibração, as hipóteses simples do "detector de pontos" podem ser corrigidas automaticamente. A correção de geometrias fechadas é descrita no Manual do Administrador ISOTOPIC 1.

Quando é necessário relatar a quantidade de gramas de isótoposMissa_isótopoQuando estes são dados da seguinte forma:


Dos quais
N = número de átomos de isótopos relatados.
λ_isótopo= Relatar a constante de decadência dos isótopos (segundos-1).
At = o número atômico dos isótopos medidos (g/Av).
Av = constante de Avogado.

Resultados médios de várias medições
Após a combinação de várias medições, a média ponderada pode ser calculada de acordo com:

Um_média=∑Um_iw_i/∑w_i

Dos quais
Um_i= resultados de cada atividade (g ou MDA).
w_i= Factor ponderado definido pelo usuário.

Parte do solo
A atividade relativa A (Bq/m2 ou Bq/g) está relacionada com a taxa de contagem de pico líquido Nf:

Dos quais
N_f/ N₀= Para uma distribuição de fonte dada no solo, o detector corrige o fator no ângulo sob essa energia.
N₀ /Φ= Taxa de contagem máxima por unidade de fluxo sem colisão para feixes de raios gama paralelos com energia máxima que entram verticalmente na superfície do detector(cpm/γs^–1)- É.
Φ/ A= fluxo total sem colisão ou concentração de núcleos no solo alcançado no detector com energia de pico por unidade de estoque(γcentímetros^–2s^–1)ou(γg^–1s^–1)- É.

Os métodos para estimar o fator de calibração utilizam informações sobre o detector e a distribuição dos radionúcleos testados:

• Eficiência do detector (em %)
• Direção do detector (para cima ou para baixo)
• Relação comprimento/largura do detector (em comprimento/diâmetro do cristal)
• Parâmetros do perfil do sedimento α/ρvalue

Para todos os emissores naturais, suponha-se que α/ρs seja 0 (distribuição uniforme). Para a sedimentação no solo original, suponha-se que α/ρs é infinito (apenas para distribuição superficial).

O método de Beck é aplicado no ISOTOPIC, calculando o valor de cada parâmetro de calibração. Cada raio gama de todos os núcleides identificados será calculado.
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1Hagenauer，R.C.， "Análise Quantitativa de Detecção Não-Destructiva de Isótopos Radioactivos Pobramente Caracterizados", Coleção de Artigos da Quarta Conferência de Detecção Não-Destructiva e Caracterização de Resíduos Não-Destructivos, Salt Lake City, 1995.

2H.L.Beck et al., "Espectrometria in situ de raios gamma Ge (Li) e NaI (Tl)", Departamento de Energia dos EUA, Laboratório de Medição Ambiental, HASL-258， Setembro (1972).

3I.K. Helfer e K.M. Miller, "Factores de Calibração de Detectores Ge para Espectrometria de Campo", Física da Saúde, Volume 55, Nº 1, páginas 15-29 (1988).

Exercício de teste de capacidade da indústria nuclear NPL 42012. Relatório NPL IR 30 2013 (Laboratório Nacional de Física do Reino Unido). O sistema ORTEC tem a numeração 9.

5 Para a caracterização do solo no modo M-1, recomenda-se o uso de HPGe com comprimento/diâmetro de cristal na faixa de 0,5 a 1,3. 80% dos detectores HPGE cumprem este padrão. Os detectores da série ORTEC PROFILE M são perfeitos para medições em recipientes ISOTOPIC. Especificações -

Especificações gerais
Os controles de captação e as funções de análise quantitativa são integrados em um pacote compacto para sistemas de espectrometria gamma in situ baseados em PC que permitem medir o conteúdo radioativo de recipientes, objetos, superfícies e solos.

Sistema operacional
A compatibilidade de hardware de 64 bits do Windows 7 está disponível para todos os instrumentos ORTEC que usam os protocolos de conexão USB e TCP/IP. Os sistemas operacionais Windows 7 e XP de 32 bits também suportam esses instrumentos, bem como outros hardware tradicionais.

Suporte de hardware de espectrometria
Recomenda-se a combinação do ISOTOPIC com o espectrômetro HPGe integrado ORTEC IDM-V-200. Mas é compatível com todos os MCBs ORTEC (passados e presentes) e todos os outros dispositivos suportados pela ORTEC CONNECTIONS. Suporte para operações avançadas (requer suporte de hardware): ganho de amplificador / controle de moldagem, PZ automático, "otimização" e InSight ™ Configurações gráficas para o modo, o modo de campo digiDART, o estabilizador de espectro MCB e picos de incerteza estatística. O IDM-200-V é geralmente recomendado para medições de campo.

Formatos de arquivo suportados
ORTEC .SPC e . CHN e ASCII ".SPE" são os formatos padrão para a função de salvar, chamar e comparar arquivos. É possível importar outros formatos de arquivo usando o A49-B32 Data Master.

Método de análise espectral quantitativa

Pesquisa de pico
Pesquisas de picos de núcleos específicos por direção da biblioteca e pesquisas de picos de Mariscotti de núcleos não específicos, bibliotecas principais e bibliotecas complementares ("suspeitas") são usadas.

Ajuste interativo dos parâmetros da amostra em lote
Ajuste interativo de matriz e recipiente e correção automática de decadência para novas matrizes. Fácil de usar exibição gráfica dos resultados da análise relevante para exibir a matriz.

Método de desconvolção
Tanto o buscador de picos quanto a biblioteca podem ser usados para orientar o processo de deconvolção. Sempre que possível, a energia/canal é recalibrado automaticamente com base nos picos reconhecidos.

Escolha a forma de limite de detecção

• Tradição Ortec
• Nível crítico ORTEC
• Nenhum MDA (zero se for abaixo do MDA)
• Regras da KTA
• Limite de detecção 2 Sigma - Japão
• Limite de detecção 3 Sigma - Japão
• Limite de detecção de Curie
• RISO MDA
• ORTEC LLD
• Área do pico
• Monitoramento do ar - Método Gimrad
• Orientação regulatória 4.16 Método
• Laboratório de Contagem - Estados Unidos
• DIN 25 482.5 Limite de detecção
• Limite de inspeção DIN 25 482.5
• GTN5/CEA/EDF (França)
• Nureg 0472

Correção de decadência

• Correção de decadência para trás ou para frente em qualquer data/hora

Correção espectral

• Correção de pico
• Suma aleatória (perda de contagem de alta taxa)
• Correção de interferência de pico baseada em bibliotecas

relatório
Selecione a opção de relatório padrão ORTEC:

• Impressão direta
• Gravar automaticamente no banco de dados
• Exportação no formato Crystal Report
• Relatório em formato HTML. A partir daí, você pode salvá-lo como um arquivo de disco.

Calibração

Calibração de energia

• Múltiplos pontos, energia e FWHM
• Calibração automática de energia (n.º 6.006.162)

Opções de ajuste de calibração de eficiência semi-experiencial:

Modo de isótopo
Estabeleça a calibração de fonte de ponto com um dos seguintes métodos:

• Multinômio de função única (ponto x)
• Interpolação acima e abaixo do "ponto de viragem"
• O usuário configura o "ponto de viragem" acima ou abaixo do lado secundário
• O usuário define o "ponto de curva" linear acima ou abaixo

O cálculo do núcleo de fonte de ponto dentro do programa empurra a calibração de fonte de ponto para a geometria física da matriz.

Modo plano ilimitado (para solo e superfície: detector não recto)
O método Beck21m é escalável para o tamanho de um grande detector3, usado pelo Laboratório de Medição Ambiental (EML) do Departamento de Energia dos EUA. O método EML gera curvas de eficiência com base no tamanho do detector e valores de eficiência IEEE. A densidade do solo e a decadência são especificadas em um arquivo α/ρeditable pelo usuário.

Fatores de degradação do solo
No solo, a decadência depende da espessura e densidade do solo, modelada pelo parâmetro α / ρ (onde α é o inverso do comprimento de relaxação, definido como a espessura do solo necessária para reduzir e vezes o fluxo sob uma energia específica, e ρ é a densidade do solo, em gm / cc). Para a distribuição superficial, α/ρ é infinito, enquanto para a distribuição uniforme (emissor natural), α/ρ é 0. Os valores de α/ρs na faixa de 0,05 a 0,5 foram encontrados para descrever com precisão a distribuição real do sedimento, com o sedimento mais longo representado por valores de α/ρs menores.

Os valores α/ρs são associados a um núcleo específico e armazenados em uma tabela que pode ser editada pelo usuário para refletir as condições de medição.