Российские ученые создали отечественный аналог состава для радиационного мониторинга. Вещество называется «жидкосцинтилляционный коктейль», его разработали специалисты Всероссийского научно-исследовательского института радиологии и агроэкологии (ВНИИРАЭ) НИЦ «Курчатовский институт»
Ученые у жидкосцинтилляционного спектрометра, слева направо: завлабораторией измерения ионизирующих излучений ВНИИРАЭ Андрей Томсон, главный научный сотрудник Сергей Лукашенко и лаборант-исследователь Андрей Михайлов Фото предоставил С. Лукашенко
При добавлении в водный раствор коктейль реагирует свечением на наличие трития. По словам ученых, разработанный состав позволяет определять этот изотоп водорода в очень малых дозах, к примеру в водных образцах до концентрации 7 Бк/л, это в тысячу раз меньше ПДК трития в питьевой воде (7600 Бк/л).
«Наш коктейль готов к использованию, производить его мы можем, — говорят разработчики. — Но главная задача — получить на этот состав соответствующие разрешительные документы. Очень надеемся, что в течение года нам удастся это сделать. Опытные партии уже отправлены на Кольскую, Ленинградскую и Смоленскую АЭС».
Раньше все предприятия российской атомной промышленности использовали коктейли иностранного производства, однако сейчас из-за санкций в нашу страну их больше не поставляют. Разработка по свойствам близка к зарубежным альтернативам, но при этом дешевле более чем в десять раз.
Инновация появилась на свет благодаря молодым разработчикам. В Обнинске, где расположен институт, находится Обнинский институт атомной энергетики (ИАТЭ НИЯУ МИФИ). «У нас сейчас нет дефицита специалистов. Берем из этого вуза студентов и доводим до ума, — говорят исследователи ВНИИРАЭ. — В нашем коллективе много молодых, среди них и магистрант Андрей Михайлов, он один из основных авторов этого изобретения. Сейчас мы оформляем на коктейль патент и разрабатываем специальный рецепт для обнаружения углерода-14».
Не доводить до опасных концентраций
О том, что представляют собой тритий и углерод-14, где встречаются эти изотопы, и насколько они опасны для человека, «Стимулу» рассказал руководитель команды разработчиков, главный научный сотрудник ВНИИРАЭ Сергей Лукашенко.
«Тритий и углерод-14 — нестабильные (иначе говоря, радиоактивные) изотопы стабильных водорода и углерода, которые окружают нас постоянно, — говорит исследователь. — Радиоактивные изотопы обычно отличаются составом ядра атома, из-за чего ядро обладает “лишней” энергией, которую стремится выпустить в виде какого-либо излучения/частицы. В конце концов все нестабильные изотопы рано или поздно, отдав “лишнюю” энергию, превращаются в стабильные элементы».
Так как водород и углерод — одни из ключевых элементов на Земле, то и их радиоактивные аналоги постоянно находятся вокруг нас. По словам Сергея Лукашенко, существовали эти изотопы еще до атомной эры, с момента зарождения атмосферы. Образуются они, как правило, в верхних слоях атмосферы при контакте космического излучения с молекулами атмосферы. Опасности для человека природные тритий и углерод-14 не представляют вследствие их низкого содержания вокруг нас.
Однако с развитием ядерных технологий количество этих изотопов в окружающей среде многократно возросло. Тритий и углерод-14 появляются как одни из продуктов ядерных реакций и, соответственно, присутствуют на радиационно опасных объектах.
«Благодаря постоянному контролю во время штатной работы или при проектных авариях выбросы радионуклидов, в том числе трития и углерода-14, не превышают предельных значений и опасности для человека не представляют. Но их высокие концентрации, безусловно, опасны, для этого содержание этих изотопов в выбросах (в атмосферу) и сбросах (сточных водах) на предприятиях ядерного топливного цикла необходимо строго отслеживать», — поясняет Сергей Лукашенко.
Специалисты Всероссийского научно-исследовательского института радиологии и агроэкологии НИЦ «Курчатовский институт» разработали жидкосцинтилляционный коктейль, который при добавлении в водный раствор реагирует свечением на наличие трития
Фото предоставил С. Лукашенко
Высвечивает изотопы
Как отмечает исследователь, жидкосцинтилляционная спектрометрия — практически единственный метод, позволяющий определять тритий и углерод-14 в природных объектах, так как он обладает высокой чувствительностью при сравнительной дешевизне анализа и удобстве применения.
Суть метода заключается в том, что высокоэнергетичные альфа- или бета-частицы, образующиеся при распаде ядер, проходя через определенную смесь веществ, называемую жидкосцинтилляционным коктейлем (ЖСК), вызывают в нем вспышки света, регистрируемые фотоэлектронным умножителем спектрометра. Для определения концентрации радиоизотопа пробу, как правило водную, смешивают с ЖСК и анализируют на специальных жидкосцинтилляционных спектрометрах.
«Применяется метод практически во всех лабораториях, работающих с тритием и углеродом-14, ну и, конечно, в лабораториях, контролирующих состояние радиационно опасных объектов, при работе которых могут образовываться тритий и углерод-14: атомные станции, институты, имеющие исследовательские ядерные реакторы, заводы по переработке ядерного топлива и так далее», — говорит Сергей Лукашенко.
По словам ученого, тритий определяется в виде тритированной воды. Соответственно, необходим коктейль, в который нужно ввести воду. В этом и заключается проблема при разработке таких составов, так как основные вещества, из которых состоят жидкосцинтилляционные коктейли, с водой не смешиваются, не образуют гомогенных прозрачных растворов. А при определении углерода-14 его вначале улавливают специальными составами в виде углекислого газа. Затем этот специальный раствор смешивают с коктейлем, при этом коктейль, «принимающий» воду, может не «принять», не смешаться с улавливающими углекислый газ компонентами. Поэтому для определения трития и углерода-14 используются, как правило, разные составы.
Сергей Лукашенко также рассказал, за счет чего удалось добиться такого значительного — в десять раз — уменьшения стоимости по сравнению с импортными аналогами.
«В первую очередь за счет использования реактивов, имеющихся на российском рынке, — поясняет руководитель проекта. — Во-вторых, за счет применения сходных по характеристикам соединений. Например, как правило, одним из основных компонентов жидкосцинтилляционных коктейлей является какое-либо ароматическое соединение — бензол, метилбензол (толуол), диметилбензол (ксилол), триметилбензол (псевдокумол). От того, используем мы триметилбензол (дорогой химикат) или ксилол (дешевый химикат), основные характеристики получаемого коктейля практически не меняются, но ксилол гораздо более летуч, соответственно, коктейли на его основе должны храниться в герметичной таре, а составы на основе триметилбензола более устойчивы по этому параметру».
Работа поддержана Российским научным фондом, грант № 23-24-0016.
Источник: Стимул