Наносцинтилляторы для улучшения радиационного мониторинга АЭС и окружающей среды

Существенное расширение использования ядерного топлива требует решения нескольких острых проблем: повышения оперативности и информативности контроля работы атомных реакторов с целью устранения сомнений населения в их надежности, обеспечения непрерывного и действенного мониторинга радиационной обстановки в местах хранения ядерного топлива и радиоактивных отходов, создания гарантий пресечения любых попыток несанкционированного вывоза или выноса радиоактивных материалов и организация всеохватывающего мониторинга местности в целях своевременного обнаружения мест тайного накопления и переработки делящихся веществ.

Для успешного решения перечисленных задач по совершенствованию радиационного мониторинга требуется существенное улучшение технических параметров детекторов ионизирующих излучений (радиационной прочности, чувствительности, быстродействия, спектрометрического и пространственного разрешений, возможности дифференцированно измерять интенсивности излучения разной природы). Опыт работы специалистов ИФТТ в области сцинтилляционных кристаллов и результаты последних лет по синтезу и исследованию нанокристаллических сцинтилляторов показал, что конструирование радиационных детекторов на основе наносцинтилляторов позволяет удовлетворить всем перечисленным выше требованиям. Свойства наномасштабных сцинтилляционных кристаллов демонстрируют целый ряд особенностей, которые обеспечивают им существенные технические преимущества по сравнению с их аналогами больших размеров. Для повышения оперативности и информативности внутриреакторного радиационного мониторинга большое значение имеет повышение сразу на несколько порядков радиационной прочности наносцинтилляторов. На основе наносцинтилляторов возможно создание радиационных детекторов, способных стабильно работать непосредственно внутри ядерных реакторов. Так как характерные времена высвечивания сцинтилляторов не превышают сотую секунды, такие детекторы обеспечат гораздо более оперативный внутриреакторный контроль по сравнению с применяемыми сейчас термоэлектрическими датчиками, времена реакции которых – порядка десятков секунд. Понятно, что при выведении сигналов от наносцинтилляционных детекторов на систему автоматического управления реактором надежность его работы повысится во много раз.

Наносцинтилляторы определенных размеров имеют эффективность преобразования ионизирующих излучений в световые сигналы в несколько раз выше, чем у больших кристаллов. За счет этого можно существенно повысить чувствительность обнаружения слабых или удаленных источников радиации. Более того, из наносцинтилляторов, нанесенных на волоконные световоды или введенных в капиллярные матрицы с оптически прозрачными стенками, могут быть собраны трехмерные детекторы, регистрирующие с необходимой точностью углы распространения радиационных потоков и определяющие, таким образом, местоположение источников радиации. Подобная схема эффективна для как для выявления радиоактивных материалов, скрытно вывозимых с атомных объектов, так и для обнаружения источников радиоактивности при радиационном мониторинге местности с автомобиля или летательного аппарата.

Для полноты радиационного мониторинга необходимо не только выявлять источники радиоактивности, но и определять их природу по спектральному составу излучения. Для этого детектор должен обладать высоким спектрометрическим разрешением. При изготовлении сцинтилляционных кристаллов бромидов лантана и церия через наноструктурное состояние их энергетическое разрешение может быть существенно улучшено.