Sistema in situ de medición directa de una radiación alfa y procedimiento asociado para la cuantificación de la actividad de radionucleidos emisores alfa en disolución.

Sistema de medición nuclear in situ de la radiación alfa de un efluente,

que comprende:

- M detectores de semiconductor de diamante obtenidos mediante deposición química en fase de vapor o de silicio recubierto por una capa de diamante, denominados detectores (5) de radiación alfa, destinados a sumergirse en el efluente y adecuados para medir directamente una radiación alfa emitida por dicho efluente, siendo M un número entero superior o igual a 1;

- P canales (6) de medición conectados con los M detectores de radiación alfa, siendo P un número entero, superior o igual a 1 e inferior o igual a M, siendo cada uno de los P canales de medición adecuados para proporcionar un valor o una suma de los valores de actividad alfa procedente(s) del o de los detectores (5) de radiación alfa con los que están conectados,

comprendiendo además el sistema, si P es superior a 1, un medio para sumar los resultados procedentes de los P canales de medición

y en el que los M detectores (5) de radiación alfa se calibran individualmente mediante un código de transporte de partículas a basado en el método de Monte-Carlo, calibrándose los detectores de radiación alfa conectados con un mismo canal de medición de la misma manera,

estando el sistema caracterizado porque comprende además un detector de semiconductor monocristalino, denominado detector (15) de espectrometría, destinado a sumergirse en el efluente y que permite identificar y cuantificar la proporción de los elementos emisores de radiación alfa presentes en el efluente.

Sistema in situ de medición directa de una radiación alfa y procedimiento asociado para la cuantificación de la actividad de radionucleidos emisores alfa en disolución

Campo técnico

La invención se refiere a la cuantificación in situ de la actividad de los radionucleidos emisores alfa presentes en un efluente mediante un sistema de medición de la radiación alfa no destructiva y su procedimiento de medición asociado.

Estado de la técnica anterior

Se hace referencia en el presente documento a la cuantificación de la actividad de los elementos radiactivos emisores alfa contenidos en determinados efluentes mediante la medición de la radiación alfa liberada por estos efluentes. Esta cuantificación es necesaria para realizar el seguimiento de materiales (aspecto de seguridad) y para efectuar el tratamiento del efluente (por ejemplo, para saber si el efluente puede transportarse o no hacia un centro de reprocesamiento, qué sector de reprocesamiento es adecuado,...).

Se precisa que la medición de la radiación alfa tiene un decidido interés, con respecto a la medición de la radiación gamma, al tener un límite de detección bastante más bajo y al prescindir de correcciones de atenuación complejas.

Por otra parte, se recuerda que un efluente designa cualquier líquido de desecho que transporta una carga contaminante (disuelta o en forma de partículas) perjudicial para el medio ambiente. Los efluentes agrupan, por ejemplo, el conjunto de las aguas residuales, tratadas o no, provenientes de una planta de tratamiento de aguas (por ejemplo, aguas negras o desechos industriales). Se recuerda que los órdenes de magnitud buscados para tales cuantificaciones varían de algunas centenas de Bq/m3 a 1.15 Bq/m3 en los radionucleidos U, Pu, Am.

Actualmente, la cuantificación de la actividad alfa de los efluentes se realiza en varias etapas: tomar un volumen de muestra de efluente, enviar esta muestra a un laboratorio de análisis y, una vez que llega al laboratorio, tomar una parte del volumen de muestra con el fin de analizarlo. El análisis se realiza efectuando una deposición sobre cubeta del volumen de muestra. Se recuerda que la deposición sobre cubeta consiste en evaporar un líquido mediante calentamiento. Se miden los residuos depositados sobre la cubeta al final de la manipulación y se cuantifica la actividad alfa de los residuos, usando por ejemplo un detector de tipo contador de rejilla o un detector de semiconductor de tipo silicio PIPS (para "Passivated Implanted Planar Silicon" en inglés). Este procedimiento implica generalmente el uso de un indicador radiactivo, lo que implica un abastecimiento de materiales nucleares de referencia y una generación de residuos nucleares complementarios.

El inconveniente de este modo operativo es que requiere una toma de muestras del efluente. Por tanto, el procedimiento de medición es destructivo.

Además, este modo operativo requiere la intervención de varios operarios para la toma de la muestra, su transporte y su análisis. También se conoce vigilar la radiactividad de las aguas arrojadas al medio ambiente por medio de un detector calibrado previamente basándose en un código Monte Cario. Esta técnica se describe en Vojtila P, "Calibration of monitors used for survellance of radioactivity in effluent water from CERNs accelerator installations", Applied Radiation and Isotopes 55 (21), páginas 81-88.

El inventor se ha fijado, por tanto, como objetivo diseñar un sistema y un procedimiento de medición que permitan cuantificar la actividad alfa de un efluente de manera no destructiva e in situ, en disolución.

Descripción de la invención

Este objetivo se logra gracias a un sistema de medición nuclear in situ de la radiación alfa de un efluente, que comprende:

- M detectores de semiconductor de diamante de tipo CVD, es decir obtenido mediante deposición química en fase de vapor ("Chemical Vapor Deposition" en inglés), o de silicio recubierto por una capa de diamante y vuelto opaco a la luz visible (es decir, para una longitud de onda situada entre 4 y 8 nm), denominados detectores de radiación alfa, destinados a sumergirse en el efluente y adecuados para medir una radiación alfa emitida por dicho efluente, siendo M un número entero superior o igual a 1;

P canales de medición conectados con los M detectores de radiación alfa, siendo P un número entero, superior o igual a 1 e inferior o igual a M, siendo cada uno de los P canales de medición adecuados para proporcionar un valor o una suma de los valores de actividad alfa procedente(s) del o de los detectores de radiación alfa con los que están conectados;

comprendiendo además el sistema, si P es superior a 1, un medio para sumar los resultados procedentes de los P canales de medición,

y en el que los M detectores de radiación alfa se calibran individualmente mediante un código de transporte de partículas a basado en el método de Monte-Cario, calibrándose los detectores de radiación alfa conectados con un mismo canal de medición de la misma manera; comprendiendo el sistema de medición según la invención además un detector de semiconductor monocristalino, denominado detector de espectrometría, destinado a sumergirse en el efluente y que permite identificar y cuantificar la proporción de los elementos emisores de actividad alfa presentes en el efluente.

Los detectores de semiconductor de diamante de tipo CVD o de silicio recubierto por una capa de diamante son respectivamente detectores de diamante obtenidos mediante deposición química en fase de vapor, o detectores de silicio de tipo SOI (para "Silicon On Insulator") mono o policristalinos sobre los que se deposita una capa de diamante obtenida mediante deposición química en fase de vapor. En ningún caso puede tratarse de detectores no selectivos con respecto a la radiación alfa. Por ejemplo, un detector de radiación gamma de tipo HPGe (para "Hyper Pur Germanium" ("germanio hiperpuro")) no sería conveniente.

El principio de detección de una partícula a es la formación, en un detector de semiconductor, de pares electrón- hueco tras el impacto de la partícula a sobre la superficie del detector. El número de pares electrón-hueco depende de la energía de la partícula a, lo que permite la obtención de un espectro de energía. Los detectores SOI (para "Silicon On Insulated" en inglés) y los detectores CVD (para "Chemical Vapor Deposition" en inglés) miden la energía residual depositada por la partícula a.

El medio para sumar los resultados procedentes de los P canales de medición puede ser, por ejemplo, una escala de recuento clásica de análisis multicanal.

Los M detectores de radiación alfa se calibran individualmente mediante un código de cálculo de transporte de partículas a basado en el método de Monte-Cario, calibrándose los detectores de radiación alfa conectados con un mismo canal de medición de la misma manera. El método Monte-Cario es un método estadístico de cálculo que permite, en este caso, determinar numéricamente los coeficientes de calibración de los detectores de radiación alfa.

Ventajosamente, M es superior o igual a 2. El sistema de medición comprende entonces al menos dos detectores de semiconductor de radiación alfa.

Ventajosamente, P es igual a M. Se obtienen entonces tantos canales de medición como detectores de radiación alfa: cada uno de los detectores de radiación alfa se calibra, por tanto, individualmente. Por tanto, puede obtenerse así, por ejemplo, el gradiente de la actividad alfa del efluente y un calibrado específico por fases de efluente teniendo en cuenta las características fisicoquímicas de cada una de las del efluente.

Según una variante particular de la invención, cuando el efluente comprende Q fases diferentes, siendo Q un número entero superior o igual a 2, al menos dos detectores de radiación alfa están dispuestos en fases diferentes del efluente. Las fases son diferentes en cuanto a la naturaleza fisicoquímica, la densidad, la salinidad... Ventajosamente, el sistema de medición comprende al menos un detector de radiación alfa por fase de efluente.

Preferiblemente, los M detectores de radiación alfa son idénticos. Esto permite poder comparar directamente los resultados obtenidos por estos M detectores de radiación alfa sin tener que realizar cálculos complementarios, por ejemplo para detectar la presencia de un gradiente de actividad.

Ventajosamente, el detector de semiconductor monocristalino se elige de un detector de semiconductor CVD o SOI de diamante. Para identificar y cuantificar la proporción de los elementos emisores de actividad alfa, se coloca un dispositivo específico delante del detector. Por ejemplo, el detector dedicado a la espectrometría... [Seguir leyendo]

Sistema de medición nuclear in situ de la radiación alfa de un efluente, que comprende:

- M detectores de semiconductor de diamante obtenidos mediante deposición química en fase de vapor o de silicio recubierto por una capa de diamante, denominados detectores (5) de radiación alfa, destinados a sumergirse en el efluente y adecuados para medir directamente una radiación alfa emitida por dicho efluente, siendo M un número entero superior o igual a 1;

- P canales (6) de medición conectados con los M detectores de radiación alfa, siendo P un número entero, superior o igual a 1 e inferior o igual a M, siendo cada uno de los P canales de medición adecuados para proporcionar un valor o una suma de los valores de actividad alfa procedente(s) del o de los detectores (5) de radiación alfa con los que están conectados,

comprendiendo además el sistema, si P es superior a 1, un medio para sumar los resultados procedentes de los P canales de medición

y en el que los M detectores (5) de radiación alfa se calibran individualmente mediante un código de transporte de partículas a basado en el método de Monte-Cario, calibrándose los detectores de radiación alfa conectados con un mismo canal de medición de la misma manera,

estando el sistema caracterizado porque comprende además un detector de semiconductor monocristalino, denominado detector (15) de espectrometría, destinado a sumergirse en el efluente y que permite identificar y cuantificar la proporción de los elementos emisores de radiación alfa presentes en el efluente.

Sistema de medición nuclear de la radiación alfa de un efluente según la reivindicación 1, en el que M es superior o igual a 2.

Sistema de medición nuclear de la radiación alfa de un efluente según la reivindicación 2, en el que P es igual a M.

Sistema de medición nuclear de la radiación alfa de un efluente según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que los M detectores de radiación alfa son idénticos.

Sistema de medición nuclear de la radiación alfa de un efluente según la reivindicación 1, en el que el detector de semiconductor monocristalino se elige de un detector de semiconductor CVD o SOI de diamante.

Sistema de medición nuclear de la radiación alfa de un efluente según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que, de los M detectores de radiación alfa, un detector de radiación alfa es monocristalino, está conectado con un primer canal de medición, elegido de los P canales de medición, que proporciona un valor de la actividad alfa y está conectado con un segundo canal de medición, diferente de los P canales de medición, que proporciona la espectrometría del efluente.

Sistema de medición nuclear de la radiación alfa de un efluente según la reivindicación 1, que comprende medios de mantenimiento que permiten mantener los M detectores de radiación alfa sumergidos y en posiciones determinadas en el efluente.

Sistema de medición nuclear de la radiación alfa de un efluente según la reivindicación 7, en el que los medios de mantenimiento mantienen al menos dos detectores de radiación alfa a alturas diferentes en el efluente.

Sistema de medición nuclear de la radiación alfa de un efluente según la reivindicación 7 o la reivindicación 8, en el que los medios para mantener los M detectores de radiación alfa son un árbol que comprende ramificaciones a nivel de las cuales están dispuestos los M detectores de radiación alfa.

Sistema de medición nuclear de la radiación alfa de un efluente según la reivindicación 7, en el que el detector de espectrometría se fija a uno de los medios de mantenimiento.

Procedimiento de medición nuclear in situ de la radiación alfa de un efluente, que comprende las etapas que consisten en:

- sumergir en el efluente M detectores de semiconductor de diamante obtenidos mediante deposición química en fase de vapor o de silicio recubierto por una capa de diamante adecuados para medir la actividad alfa del efluente, siendo M un número entero superior o igual a 1, estando los M detectores de radiación alfa conectados con P canales de medición, siendo P un número entero superior o igual a 1 e

inferior o igual a M, denominándose dichos M detectores de semiconductor detectores de radiación alfa;

- calibrar los M detectores de radiación alfa, calibrándose los detectores conectados con un mismo canal de medición de la misma manera, realizándose la calibración mediante un código de transporte de partículas a basado en el método de Monte-Cario;

- recoger P valores de radiación alfa con la ayuda de los P canales de medición conectados con dichos M detectores de radiación alfa, correspondiendo el valor i-ésimo recogido (siendo i = de 1 a P) o bien al valor procedente de un solo detector de radiación alfa, si el canal de medición correspondiente sólo está conectado con dicho detector de radiación alfa, o bien a la suma de los valores procedentes de los detectores de radiación alfa conectados por dicho canal de medición;

- si P es superior a 1, sumar los P valores de actividad alfa;

comprendiendo además el procedimiento una etapa que consiste en realizar una espectrometría del efluente para determinar la identidad y la proporción de los elementos emisores alfa presentes en el efluente.

Procedimiento de medición nuclear de la radiación de un efluente según la reivindicación 11, en el que los M detectores de radiación alfa están dispuestos a alturas diferentes en el efluente.

Procedimiento de medición nuclear de la radiación de un efluente según la reivindicación 11 o la reivindicación 12, en el que, cuando el efluente comprende Q fases diferentes, siendo Q un número entero superior a 2, al menos dos detectores de radiación alfa están sumergidos en fases diferentes.

Procedimiento de medición nuclear de la radiación de un efluente según la reivindicación 11, en el que la etapa que consiste en realizar la espectrometría del efluente se realiza sumergiendo un detector de semiconductor monocristalino o de silicio recubierto por una capa de diamante en el efluente y recogiendo los valores proporcionados por dicho detector de semiconductor monocristalino o de silicio recubierto por

una capa de diamante.