Determination of the ²³⁴U isotope content in uranium-bearing materials using high-resolution gamma spectrometry

Abstract

The paper presents an overview of the research into the available non-destructive methods of determining the ²³⁴U isotope content in uranium-bearing materials. An alternative approach to a problem of detector calibration by the characteristic “intrinsic” efficiency is proposed. Certified reference uranium-bearing materials CRM 969 and CRM 146 (a range of ²³⁵U enrichments studied was 0.3…93%) were used as test samples, measurements were carried out with a wide-range energy detector based on the high-purity BeGe 3830 germanium (Canberra, USA) with 38 cm2 area and 3 cm thickness. An approach used for the “intrinsic” efficiency calibration for the ²³⁴U analysis permits to decrease the measurement error to 7.5% in the whole range of ²³⁵U enrichment (from 0.3 to 93%) and ²³⁴U concentrations (20 to 9800 μg/g). The proposed method does not demand standard samples for equipment calibration and does not depend on the physical (chemical) form of the investigated material and measurement geometry.

Проаналізовано існуючі методи неруйнівного визначення кількісного вмісту ізотопу ²³⁴U в уранвміщуючих матеріалах, а також запропоновано альтернативний метод, заснований на підході калібрування детектора за «характерною» ефективністю. В якості досліджуваних зразків використовували сертифіковані стандартні зразки уранвміщуючих матеріалів CRM 969 і CRM 146 (інтервал збагачень по ²³⁵U (0,3…93%), вимірювання проводили за допомогою широкодіапазонного детектора на основі германію високої чистоти типу BeGe 3830 (Canberra, США) площею 38 см2 і товщиною 3 см. Використання підходу калібрування детектора за «характерною» ефективністю для аналізу ²³⁴U призводить до зниження похибки вимірювань до 7,5% у всьому діапазоні збагачень по ²³⁵U (0,3…93%) і концентрацій ²³⁴U (20…9800 μг/г). Запропонований метод не вимагає наявності стандартних зразків для калібрування обладнання, не залежить від фізичної (хімічної) форми досліджуваних матеріалів і геометрії вимірювань.

Проанализированы существующие методы неразрушающего определения количественного содержания изотопа ²³⁴U в урансодержащих материалах, а также предложен альтернативный метод, основанный на подходе калибровки детектора по «характерной» эффективности. В качестве исследуемых образцов использовали сертифицированные стандартные образцы урансодержащих материалов CRM 969 и CRM 146 (интервал исследуемых обогащений по ²³⁵U (0,3…93%), измерения проводили с помощью широкодиапазонного детектора на основе германия высокой чистоты типа BeGe 3830 (Canberra, США) площадью 38 см2 и толщиной 3 см. Использование подхода калибровки детектора по «характерной» эффективности для анализа ²³⁴U приводит к снижению погрешности измерений до 7,5% во всем диапазоне обогащений по ²³⁵U (0,3…93%) и исследуемых концентраций ²³⁴U (20…9800 μг/г). Предлагаемый метод не требует наличия стандартных образцов для калибровки оборудования, не зависит от физической (химической) формы исследуемых материалов и геометрии измерений.