Distinguishing different radioactive sources with operative plastic scintillators

Abstract

Muovisia tuikeilmaisimia käytetään laajasti säteilyvalvonnassa sekä teollisuudessa että rajavalvonnassa. Niiden suhteellisen matalat materiaalikustannukset, massatuotantokyky, tuikemateriaalin nopeus sekä suuret koot mahdollistavat nopean käyttöönoton ja korkeat havaitsemistehokkuudet. Tämän takia niitä käytetään lähes jokaisella säteilymonitorointiasemalla. Muovisilla tuikeilmaisimilla on vaikeuksia tunnistaa eri säteilylähteitä, jonka takia niitä on käytetty aiemmin pääasiassa säteilyä havaitsevina laskureina. Teollisuudessa ja lääketieteessä käytettävien säteilylähteiden kysynnän kasvaessa riski säteilylähteiden sopimattomaan ja huolimattomaan käyttöön kasvaa. Normaalissa liikenteessä kulkee myös paljon luonnon radioaktiivisia aineita (NORM) sisältäviä lähteitä, jotka eivät vaadi tutkinnallisia jatkotoimenpiteitä. Jotta ylimääräinen työ saataisiin minimoitua kuitenkin pitäen säteilyvalvonnan taso korkealla, säteilylähdetunnistusta on tutkittu ja sovellettu muovisillekin tuikeilmaisimille.

Tämä pro-gradu tutkielma pyrkii avartamaan muovisten tuikeilmaisimien toimintaa operatiivisesta näkökulmasta. Tutkielmassa esitellään ja kokeillaan käytännössä nukliditunnistusta edistäviä analysointeja sekä erilaisia karakterisointimenetelmiä muovin toimintakyvyn tarkastelemiseksi. Nämä metodit voidaan suorittaa kenttäolosuhteissa ja on sovellettavissa muovisiin ja muunlaisiin tuikeilmaisimiin kentällä ja laboratoriossa.

Plastic scintillators (PS) are widely used as radiation monitors in industry and border control. Besides being a fast scintillation material, the low material cost, efficient bulk production and high sensitivity due to big sizes have made PSs a foundation of most radiation monitors as they are fast and cheap to deploy and efficient detectors. Due to their limited capabilities to distinguish different radiation sources, in the past they were mainly used as rough counters only to detect radiation. The increasing demand for different radioactive materials in industry and medical field increase the risk of illicit and inadvertent use or radiation sources. As a counterpart, the abundant naturally occurring radioactive materials (NORMs) in most cases do not require further investigation. Minimizing unnecessary workload while keeping the radiation monitoring efficient gives rise to the need of radiation source identification methods.

The goal of this Master's thesis is to offer insight for plastic scintillators from an operational viewpoint. Possible next-generation operation modes for more precise radiation monitoring as well as different characterization methods to probe the functionality of a plastic scintillator are presented and tested in practice. The methods can be executed in on-field conditions and are applicable for plastic and other scintillation materials used in both operational and laboratory purposes.