Development of methods for detection of radioactive aerosols of special importance for the ESS facility

With the construction of the European Spallation Source (ESS) steadily approaching the operational phase, an environmental monitoring program will soon be implemented with the purpose of monitoring emissions. With regard to radiation safety, it is highly important to monitor alpha emitting radionuclides in aerosol form. Thus, an experimental investigation of direct alpha spectroscopy methods was conducted in order to evaluate the current experimental setup at Medical Radiation Physics in Malmö. Direct alpha spectroscopy measurements of aerosols collected on filters collected during combustion of earth soil samples were performed. Additionally, the natural alpha background in aerosols was intended to be assessed from filter samples collected at Hyltemossa Research Station in northern Scania (Sweden). Furthermore, simulations of direct alpha spectroscopy measurements are conducted in order to anticipate a measured spectra during normal operation but also in the case of an emergency at the ESS, simulations used calculated data by the ESS together with a dispersion model in order to track emissions to ground level concentrations. Direct alpha spectroscopy for environmental samples, was able to detect the presence of 210Po with a low approximate activity level of 2.8 mBq per filter. The well-defined peaks resulted from the use of a multi stage impactor when sampling, which lead to a high surface deposition of the particles. The simulations illustrate this further by showing the effect of surface deposition and how it highly affects the quality of the attained spectrum for both the normal operation and the emergency scenario. Simulated spectrum for normal operation suggest the possible detection of 148Gd without any treatment of the filters. For the emergency scenario the activity level of 148Gd is much lower than from other radionuclides. Thus the simulated spectra instead show the possible need of chemical separation of the wanted radionuclide.Den Europeiska spallationskällans (ESS) konstruktion fortgår precis vid utkanten av Lund och den börjar närma sig driftsfasen. I takt med det här kommer ett program för att säkerställa miljö, säkerhet och hälsa att startas, ett av målen kommer vara att övervaka utsläpp och säkerställa nivåer i förhållande till regelbestämda värden. Därav görs en experimentell undersökning av metoder för direkt alfaspektroskopi, som mål att utvärdera den nuvarande experimentuppställningen vid Medicinsk Strålningsfysik i Malmö. Mätningar av filter görs med direkt alfaspektroskopi, både filter med naturlig alfabakgrund och filter med innehåll uppsamlat under förbränningstest av jordprover. Filterinsamlingen av naturlig bakgrund görs vid Hyltemossa forskningsstation i nordöstra Skåne. Utöver den experimentella studien, simulering av förväntade spektrum vid mätning av uppsamlade filter görs, både vid normal drift för ESS och vid ett hypotetiskt olyckscenario där radioaktiva partiklar släpps ut. ESS egna beräkningar för utsläpp används som grund till de undersökta scenarierna. De resulterande mätningarna av jordprover gav goda resultat som styrker användandet av direkt alfaspektroskopi vid identifiering av miljöprover, närvaro av 210Po identifieras och uppskattas med beräkning till en låg aktivitetsnivå på 2.8 mBq per uppmätt filter. Grunden till den väldefinierade energitoppen för 210Po antas komma ifrån användandet av en kaskadimpaktor, vilket resulterade i en hög ytdeposition av partiklar vid insamling. Resulterande spektrum från simuleringarna för både normal operation och hypotetiskt olycksscenario fortsätter att illustrera den enormt positiva effekten av ytdeposition vid insamling. Slutsatsen från det simulerade spektrumet vid normal drift av ESS är att 148Gd kommer vara möjligt att upptäcka med den använda metoden för direkt alfaspektroskopi. För det simulerade olycksscenariot vid ESS är andelen utsläppt 148Gd i förhållande till andra radionuklider mycket lägre, vilket leder till en låg signal i spektrumet. Slutsatsen är därav att kemisk separation antagligen kommer behövas för att mäta nivåerna av 148Gd