放射性核素分布

放射性核素是指不穩定的原子核，能自發地放出射線（如α射線、β射線等），通過衰變形成穩定的核素。衰變時放出的能量稱為衰變能，衰變到原始數目一半所需要的時間成為衰變半衰期，其範圍很廣，分布在10¹⁵年到10^-12秒之間。放射性核素分布的研究主要研究天然放射性核素現狀和環境遷移的關係。

基本介紹

• 中文名：放射性核素分布
• 外文名：Radionuclide distribution
• 定義：具有放射性的核素分布規律
• 學科：物理、核化學

概念

國內已開展鈾礦山土壤一植物中天然放射性核素現狀和環境遷移的研究，並在不同介質中模擬核素遷移規律，為鈾礦環境治理提供了科學依據。

粵北某鈾礦經過50多年的勘探、開採和水冶工作，為我國原子能事業提供了鈾資源保障，而且在今後相當長時間內還將是我國天然鈾生產的重要來源。該礦採用坑道開採和礦石堆浸工藝，經過50多年的生產，產生大量的尾礦和廢料。在山洪沖刷和風化的作用下，尾礦庫中放射性核素及有害物質不斷淋浸和析出，使其污染範圍不斷擴大，造成水體和地表的長期污染。

鈾礦下游水系沉積物放射性核素分布特徵

研究發現，鈾礦下游水中放射性核素濃度經稀釋和沉澱等作用，²³⁸U和²²⁶Ra等核素濃度可以降低至當地本底水平，但是表層沉積物中²³⁸U、²³⁵U和²²⁶Ra含量卻異常高為了研究放射性核素在水系沉積物中的垂直分布特徵和遷移規律，對該礦下游水系沉積物進行剖面採樣和分析，為鈾礦區環境污染治理提供科學依據。

鈾礦周圍稻田土壤、溪流沉積物和池塘底泥3個剖面的放射性核素含量相差較大，特別是同系列的²³⁸U和²²⁶Ra受鈾礦生產影響，在水系沉積物中含量高低順序分別是池塘底泥>溪流沉積物>水稻田土壤。除池塘底泥外，³²Th和⁴⁰K在另2個剖面不同深度的差異較小，受鈾礦的影響不大。

水稻田土壤中放射性核素含量相對較低，證明沒有利用含鈾的溪水灌溉；而受鈾礦生產影響的池塘底泥(溪流沉積物)中²³⁸U、²³⁵U和²²⁶Ra含量是水稻田土的100(50)、87(11)和155(5)倍。

土壤中有機質對²³⁸U和²³⁵U有較強的吸附作用，可能還有絡合和氧化還原作用；而對²²⁶Ra和⁴⁰K的吸附降低，與腐殖酸導致pH降低，使得²²⁶Ra和⁴⁰K溶解而遷移。

核燃料棒內放射性核素分布的計算機模擬研究

基本概念

確定受照燃料棒中的放射性核素分布是核保障的一項重要任務，非破壞分析中的γ掃描方法在這方面得到了廣泛的套用。套用γ射線的兩種非破壞性分析方法有兩種，分別是總γ活度測量和比活度測量，這兩種方法都是測量某一選定放射性產物的γ活度，通常選¹³⁴Cs和¹³⁷Cs作為主要的核素。隨著斷層照相方法在理論和實用上的發展，斷層照相法已經成功用於核燃料棒的分析、檢測和核查。

斷層照相技術能夠通過外部測量創建物體內部剖面圖，已經廣泛用於醫學和工業領域。在核電領域，斷層照相技術既可用於單根燃料棒也可用於燃料棒束。套用這項技術。物體某一剖面上的密度分布圖像可以以較高的空間解析度重建出來，由此，對於給定的燃料棒，它內部的放射性核素的分布圖像就可以得到。在通常的斷層照相技術的基礎上，二十世紀七十年代美國洛斯。阿拉莫斯國家實驗室首先提出了分段γ掃描(Segmented Gamma Scanning(SGS))技術，並在此基礎上，於九十年代發展了層析γ掃描(TomographicGamma Scanning(TGS))技術。TGS可以準確定量測量中、高密度非均勻分布介質中的放射性核素及其含量，在密閉容器內放射性材料、核設施中可回收物以及核廢物測量分析中具有廣泛的套用。

原理

傳統斷層照相技術在核技術中的套用中，一般採用透射測量的方法，用高純鍺探測器測量透射源的γ射線穿過被測物的衰減情況，確定被測物體內部的信息。因為被測物中放射性的存在，它不可避免地對被測物的發射γ射線進行計數，成為透射和發射的綜合體。TGS技術是傳統斷層照相技術在核輻射測量中的套用和發展，它分為透射測量和發射測量。在發射TGS中，對被測物(這裡為單根燃料棒)的掃描是通過變化探測器的位置和轉動被測物來實現的。對每一個角位置，探測器進行橫向的平移，通常每次平移幾毫米，然後在此位置對被測物的各個轉動角度分別進行計數，獲得某一能量γ射線的計數率，此時得到的γ射線計數稱為投影。如果測量得到了一系列的投影，採用適當的圖像重建算法，就可以通過重建算法計算棒內的放射源空間分布圖像。

計算機模擬研究

在參考現有的γ掃描測量系統的基礎上，建立了燃料棒模擬模型，進一步構建了計算機模擬研究仿真平台，針對模擬模型中各核素中放射性強度的多種分布情況，採用代數圖像重建算法，計算機模擬研究了放射性核素不同分布的圖像重建。

對發射TGS方法定量確定燃料棒中放射性核素分布進行了仿真研究。首先對測量值的各個投影進行仿真。然後套用ART算法，對仿真模型進行了重建。對多種分布情況的模型，從均勻到極端非均勻分布，進行了全面深入的研究，重建的結果與參考值的相對偏差小於10%。仿真研究的結果表明，發射TGS拄術適用於確定燃料棒內放射性核素分布，TGS技術有望成為定量確定熱室燃料棒內放射性核素有強有力工具。