Localization and depth determination of radioactive contamination in concrete at a decommissioning nuclear power plan
(2025) MSFT02 20252Medical Physics Programme
- Abstract
- The decommissioning and dismantling of nuclear power plants (NPPs) require extensive radiation measurements to map contamination in concrete structures and other building materials and components. The vast amount of material to map consists of concrete. Accurate determination of the depth distribution of radionuclides, particularly easy-to-measure (ETM) gamma emitting radionuclides such as cobalt-60 (Co-60) and cesium-137 (Cs-137), is essential in clearance work. The aim of this MSc project was to evaluate methods for this purpose using gamma spectrometry. Firstly, pre-measurements were conducted in an external laboratory using both a 3"×3" Sodium Iodide, Thallium doped (NaI(Tl)) scintillation detector and a high purity Germanium (HPGe)... (More)
- The decommissioning and dismantling of nuclear power plants (NPPs) require extensive radiation measurements to map contamination in concrete structures and other building materials and components. The vast amount of material to map consists of concrete. Accurate determination of the depth distribution of radionuclides, particularly easy-to-measure (ETM) gamma emitting radionuclides such as cobalt-60 (Co-60) and cesium-137 (Cs-137), is essential in clearance work. The aim of this MSc project was to evaluate methods for this purpose using gamma spectrometry. Firstly, pre-measurements were conducted in an external laboratory using both a 3"×3" Sodium Iodide, Thallium doped (NaI(Tl)) scintillation detector and a high purity Germanium (HPGe) detector. Measurements were made by positioning point sources of Co-60 and Cs-137 at various known depths inside concrete, using concrete blocks. Then, gamma spectrometric measurements both in situ and ex situ were conducted at Barsebäck NPP. Activity estimation of the measured surface area was estimated using various methods. The ratio between high-energy Compton and full-energy photons was calculated, based on specific energy windows. This ratio followed an exponential function with increasing mass-thickness of the shield, which was used to determine the unknown depth of radiation sources in concrete. A linear least squares method was utilized to minimize the difference between combinations of calibration spectra and a measured spectrum of an unknown depth distribution. The combination (weighted sum) of spectra, which results in the least difference, was then used to approximate the unknown contamination depth distribution. Accurate determination of the depth distribution of radioactive contamination in concrete at NPPs remains a challenging task that require complex calculations. This project is an important contribution to the development of new methods for that and creates potential for continued studies. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Kokvattenreaktorerna Barsebäck 1 och 2 togs i drift 1975 respektive 1977 och är sedan 1999 och 2005 avstängda. Nu är kärnkraftverket under avveckling och nedmontering, som innebär att alla byggnader som hör till Barsebäcksverket ska tömmas och rivas, vilket är en omfattande process. Det radioaktiva avfallet, så som använt kärnbränsle, ska förvaras i det svenska slutförvaret när det står färdigt, men fram till dess på andra platser. För att kunna riva byggnaderna måste samtliga lokaler friklassas. Detta innebär att strålningsnivån ska vara under de gränsvärden som är satta av Strålsäkerhets-myndigheten (SSM). Den joniserande strålningen härstammar från radionuklider som har kontaminerat lokalerna under driften av kraftverket.... (More)
- Kokvattenreaktorerna Barsebäck 1 och 2 togs i drift 1975 respektive 1977 och är sedan 1999 och 2005 avstängda. Nu är kärnkraftverket under avveckling och nedmontering, som innebär att alla byggnader som hör till Barsebäcksverket ska tömmas och rivas, vilket är en omfattande process. Det radioaktiva avfallet, så som använt kärnbränsle, ska förvaras i det svenska slutförvaret när det står färdigt, men fram till dess på andra platser. För att kunna riva byggnaderna måste samtliga lokaler friklassas. Detta innebär att strålningsnivån ska vara under de gränsvärden som är satta av Strålsäkerhets-myndigheten (SSM). Den joniserande strålningen härstammar från radionuklider som har kontaminerat lokalerna under driften av kraftverket. Strålningsnivån från golv och väggar i lokalerna, som mestadels består av betong, behöver därför mätas för kontamination av radionuklider. Om betongytorna överskrider de av SSM satta friklassningsnivåerna renas dessa från kontaminationen genom att ytorna saneras och, om det trängt ner i betongen, avlägsnas skikt av betongen tills ytans kontamination är under dessa nivåer och kan friklassas. Oftast är kontaminationen ytlig men kan i vissa fall tränga in djupare i betongstrukturerna beroende på dess beskaffenhet. När det uppkommit sprickor eller andra håligheter kan radionuklider trängt ner djupt i betongen vilket innebär att en djupuppskattning i vissa fall kan vara nödvändig.
Idag används en borrteknik för att göra denna uppskattning, varvid borrkärnor tas i betongen. Borrkärnan sågas upp i puckar och i varje puck mäts aktivitets-koncentrationen. Då metoden är omständlig och tidskrävande hade en metod där djupuppskattning utförs genom gammaspektrometriska mätningar direkt på ytan varit att föredra. Detta mastersexamensarbete har undersökt och testat sådana metoder både genom mätningar i labb och genom mätningar i kontaminerade lokaler på kraftverket.
Arbetet har visat att det finns spektrometriska metoder som kan vara användbara för att göra denna uppskattning. I metoderna undersöks bland annat hur strålningen sprids från betongen, för att kunna avgöra om radionukliderna finns nära ytan eller djupt i materialet. Om metoden utvecklas vidare skulle den potentiellt kunna användas för att uppskatta hur de radioaktiva ämnena är fördelade ner i betongen eller om det finns ovanligt djupt liggande kontamination. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9207802
- author
- Lehmann, Viktor
- supervisor
- organization
- course
- MSFT02 20252
- year
- 2025
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- language
- English
- id
- 9207802
- date added to LUP
- 2025-07-02 10:32:59
- date last changed
- 2025-07-02 10:32:59
@misc{9207802, abstract = {{The decommissioning and dismantling of nuclear power plants (NPPs) require extensive radiation measurements to map contamination in concrete structures and other building materials and components. The vast amount of material to map consists of concrete. Accurate determination of the depth distribution of radionuclides, particularly easy-to-measure (ETM) gamma emitting radionuclides such as cobalt-60 (Co-60) and cesium-137 (Cs-137), is essential in clearance work. The aim of this MSc project was to evaluate methods for this purpose using gamma spectrometry. Firstly, pre-measurements were conducted in an external laboratory using both a 3"×3" Sodium Iodide, Thallium doped (NaI(Tl)) scintillation detector and a high purity Germanium (HPGe) detector. Measurements were made by positioning point sources of Co-60 and Cs-137 at various known depths inside concrete, using concrete blocks. Then, gamma spectrometric measurements both in situ and ex situ were conducted at Barsebäck NPP. Activity estimation of the measured surface area was estimated using various methods. The ratio between high-energy Compton and full-energy photons was calculated, based on specific energy windows. This ratio followed an exponential function with increasing mass-thickness of the shield, which was used to determine the unknown depth of radiation sources in concrete. A linear least squares method was utilized to minimize the difference between combinations of calibration spectra and a measured spectrum of an unknown depth distribution. The combination (weighted sum) of spectra, which results in the least difference, was then used to approximate the unknown contamination depth distribution. Accurate determination of the depth distribution of radioactive contamination in concrete at NPPs remains a challenging task that require complex calculations. This project is an important contribution to the development of new methods for that and creates potential for continued studies.}}, author = {{Lehmann, Viktor}}, language = {{eng}}, note = {{Student Paper}}, title = {{Localization and depth determination of radioactive contamination in concrete at a decommissioning nuclear power plan}}, year = {{2025}}, }