Ο ραδιολογικός χαρακτηρισμός ενεργοποιημένων – λόγω πυρηνικών αντιδράσεων με νετρόνια – τμημάτων πυρηνικών αντιδραστήρων, τα οποία παρουσιάζουν πάντοτε και επιφανειακή ρύπανση, είναι απαραίτητος για την λήψη αποφάσεων σχετικά με την διαχείρισή τους κατά τις εργασίες παροπλισμού. Η ανάγκη για απορρύπανση, η επιλογή της μεθόδου απορρύπανσης πριν την αποσυναρμολόγηση/ κοπή των τμημάτων των αντιδραστήρων και η επιλογή της τεχνολογίας κοπής ώστε να περιοριστεί η παραγωγή δευτερευόντων ραδιενεργών καταλοίπων αλλά και για να περιοριστούν οι δόσεις στο προσωπικό, πρέπει να βασίζονται στον ακριβή ραδιολογικό χαρακτηρισμό των ραδιονουκλιδίων εντός των υλικών αλλά και αυτών που παρουσιάζονται ως επιφανειακή ρύπανση.

Ένα σημαντικό ζήτημα που αντιμετωπίζουν οι περισσότερες χώρες είναι η αποτελεσματική διαχείριση του μεγάλου όγκου των μεταλλικών ραδιενεργών καταλοίπων από τον παροπλισμό. Προϋπόθεση για την διαχείρισή τους είναι ο ακριβής ραδιολογικός χαρακτηρισμός τους.

Στα κατάλοιπα που προέρχονται από πυρηνικούς αντιδραστήρες είναι δυνατόν να υπάρχουν εντός των υλικών τους ραδιονουκλίδια που προκύπτουν από νετρονική ενεργοποίηση. Ταυτόχρονα στην επιφάνεια τους επικάθονται ραδιονουκλίδια ως επιφανειακή ρύπανση τα οποία είναι προϊόντα νετρονικής ενεργοποίησης ή σχάσης. Eίναι σημαντικό να αποφασιστεί σε ποιες περιπτώσεις η απορρύπανση θα αποδώσει καθώς και να επιλεγεί η κατάλληλη/ οι κατάλληλες τεχνικές απορρύπανσης.

Η διατριβή αυτή αφορά την ανάπτυξη τεχνικής ραδιολογικού χαρακτηρισμού και διαχωρισμού μεταλλικών Ραδιενεργών Καταλοίπων σε διαφορετικές οδούς διαχείρισης, με σκοπό να αποφασιστεί ποια αξίζει να απορρυπανθούν καθώς επίσης και για να επιλεγούν οι κατάλληλες μέθοδοι απορρύπανσης (π.χ. τεχνικές αμμοβολής, χημικής απορρύπανσης, τήξη).

Η τεχνική θα είναι ένας συνδυασμός μη καταστροφικής μεθόδου γάμμα φασματομετρίας και προσομοιώσεων Monte Carlo με χρήση του κώδικα MCNPX καθώς  και δειγματοληψίας. Τα ραδιονουκλίδια στα ραδιενεργά κατάλοιπα μπορούν να είναι: είτε (α) εκπομπείς ακτινοβολίας γάμμα που μπορούν εύκολα να ανιχνευθούν με σύστημα γάμμα φασματομετρίας, είτε (β) εκπομπείς σωματιδίων άλφα ή βήτα που δεν εκπέμπουν ακτίνες γάμμα (δύσκολα ανιχνεύσιμα ραδιονουκλίδια) και επομένως μπορούν να προσδιοριστούν μόνο με δειγματοληψία και δαπανηρές ραδιοχημικές αναλύσεις. Τα δείγματα λαμβάνονται προκειμένου να καθοριστούν οι συντελεστές συσχέτισης (ο λόγος των δύσκολα ανιχνεύσιμων ραδιονουκλιδίων προς τα βασικά ραδιονουκλίδια που είναι εκπομποί γάμμα). Η συνολική ενεργότητα στο εσωτερικό καθώς και στην επιφάνεια των μεταλλικών καταλοίπων προσδιορίζεται με μη καταστροφική μέτρηση  καθώς και με τη χρήση των συντελεστών συσχέτισης.

Η παρουσία των φυσικών ραδιονουκλιδίων NORM (Naturally Occurring Radioactive Materials) έχει παρατηρηθεί από τις αρχές της δεκαετίας του 1930 σε δεξαμενές πετρελαίου, στην παραγωγή πετρελαίου και φυσικού αερίου και σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας. Η προέλευση των NORM στη βιομηχανία πετρελαίου οφείλεται κυρίως στο σχηματισμό κατακαθίσεων θειικών και ανθρακικών αλάτων ανιόντων στον εξοπλισμό παραγωγής πετρελαίου.

Τα κατάλοιπα NORM είναι συνήθως χαμηλής κατηγορίας ραδιενεργά κατάλοιπα, τα οποία μερικές φορές μπορούν να εξαιρεθούν από τον κανονισμό ακτινοπροστασίας, αν και παρουσιάζουν αυξημένο ρυθμό δόσης. Υπάρχει μια εκτεταμένη ανάγκη ορθού χαρακτηρισμού και διαχείρισης των NORM εξαιτίας των επιπτώσεων τους στην ανθρώπινη υγεία και το περιβάλλον. Ο επιτυχής χαρακτηρισμός τους θα μειώσει σημαντικά το κόστος διαχείρισης τους.

Το αντικείμενο αυτού του διδακτορικού είναι η ανάπτυξη μίας γρήγορης και αποδοτικής μεθόδου για το διαχωρισμό και χαρακτηρισμό στο πεδίο καταλοίπων NORM που προέρχονται από βιομηχανία πετρελαίου με τη χρήση ενός ανιχνευτή σπινθηρισμού 1.5×1.5 in. LaBr3(Ce).

Την τελευταία δεκαετία οι σπινθηριστές LaBr3(Ce) έχουν γίνει εμπορικά διαθέσιμοι και είναι πολλά υποσχόμενοι λόγω της υψηλής απόδοσης του φωτός (>65000 φωτόνια/MeV) που επιφέρει  μία καλύτερη ενεργειακή ικανότητα σε σύγκριση με τους σπινθηριστές NaI(Tl) (< 3% FWHM at 137Cs), του χρόνου αποδιέγερσης των 35 ns και της πυκνότητας του υλικού τους (5.29 g/cm3). Επιπλέον, δεν χρειάζονται ψύξη  συγκρινόμενοι με τους ανιχνευτές υπερκαθαρού γερμανίου (HPGe). Ως εκ τούτου, είναι μια κατάλληλη επιλογή για χαρακτηρισμό στο πεδίο καταλοίπων NORM.

Η ανάπτυξη της μεθόδου βασίζεται στο συνδυασμό πειραματικής γάμμα φασματοσκοπίας και υπολογιστικών τεχνικών Monte Carlo για εργαστηριακές μετρήσεις και μετρήσεις πεδίου.

Ο σπινθηριστής LaBr3(Ce) χαρακτηρίστηκε πλήρως στο περιβάλλον του εργαστηρίου (βαθμονόμηση FWHM, ενέργειας και απόδοσης) με τη χρήση πρότυπων σημειακών πηγών και πηγών όγκου διαφορετικών πυκνοτήτων. Οι θεωρητικές και οι πειραματικά υπολογισμένες τιμές της απόδοσης συγκρίθηκαν για τον προσδιορισμό των ακριβών διαστάσεων του κρυστάλλου του.

Αφού επιλεγούν τα βέλτιστα ραδιονουκλίδια προς μέτρηση με γάμμα φασματοσκοπία, με τις αντίστοιχες ενέργειες εκπομπής τους, από τις σειρές του ουρανίου και του θορίου, τα ραδιονουκλίδια που βρίσκονται σε ραδιενεργό ισορροπία με αυτά μπορούν να εκτιμηθούν. Επίσης, αναγνωρίζονται αυτά για τα οποία, αν χρειαστεί, πρέπει να γίνει δειγματοληψία και να σταλούν για ραδιοχημική ανάλυση.

Η μέθοδος αναπτύσσεται για τις εξής συσκευασίες αποθήκευσης καταλοίπων NORM: (1) Μεταλλικό/πλαστικό βαρέλι, (2) Plastic Big Bags FIBC – Flexible Intermediate Bulk Container and (3) IBC – Intermediate Bulk Container. Το υλικό των καταλοίπων NORM που λαμβάνεται υπόψη είναι η γεωτρητική ιλύς (drilling mud) με βάση το λάδι (Oil Based Mud – OBM), που αποτελείται από κολλοειδές αιώρημα αργίλου, μπεντονίτου και βαρυτίνης σε λάδι με προσθήκη χημικών προσθέτων για τον έλεγχο του ιξώδους και της πυκνότητας, Η γεωτρητική ιλύς συνεισφέρει σε μία αποδοτική γεώτρηση και κυκλοφορεί σε όλα στάδια –  μέρη σε μία γεωτρητική εξέδρα εξόρυξης πετρελαίου.

Επίσης, θα διενεργηθεί ανάλυση αβεβαιότητας λαμβάνοντας υπόψη τις ανομοιογένειες της πυκνότητας εξαιτίας της διαφοροποίησης της υγρασίας και θα αναπτυχθεί η διαδικασία της δειγματοληψίας για το διαχωρισμό των συσκευασιών αποθήκευσης καταλοίπων NORM σε κατηγορίες διαφορετικής προέλευσης.