В НГУ создали методику определения сверхмалых концентраций радиоактивных веществ

Ученые Физического факультета НГУ разработали методику для измерения сверхмалых концентраций радиоактивных веществ, распад которых сопровождается гамма-излучением. Об этой разработке 10 февраля рассказали в пресс-службе университета.

Для обработки данных учеными был создан специальный программно-аппаратный комплекс. Методика прошла апробацию в проекте по определению радона в грунте Кемеровской области, который был инициирован КемГУ весной 2024 года. Исследование направлено на изучение влияния различных факторов на радиоактивную обстановку, что может помочь в прогнозировании радиационной ситуации, например, при строительстве жилья.

«Главной сложностью было то, что в образцах грунта концентрация радиоактивных веществ была очень низкой, поэтому потребовалось собрать много статистики, как по образцу, так и по фону», — отметила Елена Старостина, старший преподаватель НГУ.

Первый этап исследования включал сбор данных на детекторе, при этом коллеги из КемГУ предоставили около 230 образцов массой от 100 до 250 граммов, полученных из различных мест и на разных глубинах — полуметра, одного метра и полутора метров. Сбор данных проводился ежедневно с мая по ноябрь 2024 года, каждую неделю также регистрировался фоновый спектр без образцов.

Схема эксперимента предусматривала использование детектора из сверхчистого германия, охлаждаемого азотным криостатом, который был окружён свинцовой трубой толщиной около 10 мм, подавляющей поток фоновых гамма-квантов примерно в три раза. Образцы размещались непосредственно на детекторе.

По словам Вячеслава Каминского, старшего преподавателя и куратора лаборатории, проблема заключалась в фоновом излучении, которое можно было ослабить свинцовым экраном, но полностью исключить его не удавалось. Даже при всех мерах излучение образцов было более чем в 7 раз слабее фонового. Для получения хорошего контраста между фоновым и реальным излучением спектр каждого образца регистрировался в течение получаса, а общее время сбора статистики составляло не менее 2,5 часов. Раз в неделю также проводились многочасовые измерения фонового излучения.

Данные эксперимента представляли собой спектры с пиками гамма-линиями и непрерывной «подложкой». Пики имели сложную форму, напоминающую гауссову кривую, и их ширина определяла разрешение детектора. После сбора данных исследователи должны были определить излучение образцов, исключая фоновое. Для этого проводилась обработка спектров и вычислялась активность радионуклидов.

Для сбора и обработки данных были разработаны несколько программ на Python: одна для автоматического набора спектров, другая для отбора и калибровки, а третья — для вычисления активностей радионуклидов. Также была программа для вычисления эффективности детектора, использовавшая классические статистические методы.

В результате исследования было установлено, что в образцах присутствуют радиоактивные изотопы калий-40, торий-232 и уран-238, а также продукты их распада. Удельная активность образцов варьировалась от 0,1 до 2 беккерелей на грамм, что находится в безопасных пределах. Наиболее активный образец эквивалентен нескольким бананам, в то время как наименее активный — половине банана, что подтверждает высокую чувствительность методики. На данный момент научная группа КемГУ завершает обработку результатов измерений.

Методика, разработанная учеными НГУ, позволяет измерять очень низкие уровни радиации и связывать их с конкретными радионуклидами. Она может быть использована для мониторинга экологической обстановки и составления карт радиоактивного загрязнения после аварий.