核电站：用于监测放射性气体排放的闪烁气凝胶

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来自法国国家科研中心、法国里昂大学、法国原子能委员会和里昂高等商学院的一组物理学家、化学家和气象学家刚刚开发出一种闪烁气凝胶，它能够对某些放射性气体进行实时测量，并且灵敏度极高，这对于监测核电站的正常运行至关重要。
该方法提出了一种比当前方法更快、更经济的替代方案，而当前方法通常复杂且成本高昂。该研究于 2024 年 9 月 2 日发表在《自然光子学》杂志上。
氚（3 H）、氪-85（85 Kr）和碳-14（14 C）是核工业在发电或放射性废物回收过程中排放的最常见放射性气体。虽然这些放射性核素不会造成重大危害，但准确测量它们是监测核电站正常运行和防止事故发生的关键指标。
然而，这些放射性核素的放射性衰变不会伴随伽马射线的发射，而是纯β射线发射体，需要特殊的检测和测量程序。目前使用的技术是基于气液混合或气气混合的原理，成本高昂且复杂。
此外，它们无法快速区分放射性核素，会产生废物，并且对于某些正在分析的放射性气体不是特别有效。
由光与物质研究所 (ILM—CNRS/里昂第一大学)、里昂高等师范学院化学实验室 (LCH—CNRS/里昂高等师范学院/里昂第一大学) 和亨利贝克勒尔国家实验室 (CEA) 的科学家开展的研究，开发出一种基于气固混合的实时检测技术，既可靠又经济高效。
该方法基于合成厚度约一厘米、直径几厘米的气凝胶，使用约 5 纳米大小的闪烁材料纳米颗粒。这种复合材料具有类似于海绵的高度多孔结构，仅由 15% 的固体组成，同时保持透明。
这种独特的结构使气体非常容易扩散。当气体穿透闪烁瓶并与气凝胶接触时，后者将放射性核素衰变过程中电子发射产生的能量转化为可见光。这种闪光立即被高灵敏度的检测系统捕获，该系统可以几乎瞬间测量每个光子。
对这些光发射的精细分析有助于开发一种创新方法，可以在线区分和测量不同能量的纯β发射，例如同一气体样本中的氚和氪-85。这些发现是在理论和实验上发展和证实的，这要归功于一项最先进的放射性气体实验。
氚的探测效率为 20%，氪的探测效率接近 100%。此外，由于不受放射性气体污染，无机闪烁体可重复使用，从而限制了浪费，这与其他技术不同。
这种检测放射性气体的新方法为广泛使用传感器监测民用核活动铺平了道路。它可以扩展到对区域监测至关重要的其他发射β射线的放射性核素，例如碳-14（14 C）、氙-133（133 Xe）和氩-37（37 Ar），这将扩大其应用范围，包括民用、医疗和军事应用。
这一发现是欧洲 SPARTE 项目的一部分，并已促成多项专利申请。