Моделирование в среде Geant4 спектров рентгенофлуоресцентных и денситометрических измерений

Abstract

Разработана компьютерная модель гибридного устройства для определения концентраций актинидов в пробах радиоактивных отходов или технологических растворов методами рентгенофлуоресцентного анализа и рентгеновской денситометрии, перспективность которого обусловлена необходимостью повышения точности измерений. Гибридное устройство представлено в виде системы из рентгеновской трубки, измеряемого образца и детекторов ионизирующего излучения. Модель, позволяющая получать спектры с полупроводникового и сцинтилляционного детекторов, предназначена для отработки конструкционных решений на этапе разработки устройства и выявления возможных технических проблем. Для реализации использована программная среда Geant4, осуществляющая имитационное моделирование (по методу Монте-Карло) процессов взаимодействия ионизирующего излучения с веществом. Рассмотрено воздействие материала измерительной кюветы на форму получаемых спектров на примере кювет из полистирола, стали и кварцевого стекла. Получены спектры для модельных растворов, содержащих один из элементов (U, Np, Pu или Am) в матрице из азотной кислоты. Отмечено, что полученные энергетические распределения слабо различимы ввиду близости энергий K-края поглощения. Также получены спектры для раствора нитрата уранила в широком диапазоне концентраций, и подтверждено, что рентгенофлуоресцентный метод наиболее перспективен для измерения низких концентраций (до 100 г/л), а денситометрия по K-краю – для высоких (более 100 г/л). Полученные функции отклика детекторов являются «идеалистичными», поскольку в модели учитывается лишь воздействие статистических флуктуаций количества носителей заряда, рождённых в чувствительном объёме детектора, на детектируемые энергии частиц.