Detectie RUG GARP Frits Pleiter 02122020 cursus CD

Detectie RUG / GARP Frits Pleiter 02/12/2020 cursus CD - detectie 1

Detectie indeling praktijk van detectie § spectroscopie § kalibratie § keuze van detector statistiek § lijnbreedte § rendement § geometriefactor § tel-statistiek en standaarddeviatie § minimaal detecteerbare activiteit § optimale verdeling van meettijd 02/12/2020 cursus CD - detectie 2

Detectie spectroscopie - γ-fotonen foto-piek bij Eγ "ontsnappingspiek" bij Eγ - EX Compton-rug verbreding door statistiek 02/12/2020 cursus CD - detectie 3

Detectie spectroscopie - γ-fotonen INTERACTIE welke andere fotopieken kun je verwachten en waarom ? bij elektronvangst en interne conversie röntgenpiek bij β+-verval annihilatiepiek bij 511 ke. V bij paarvorming annihilatiepiek bij 511 ke. V "single escape peak" bij Eγ - 511 ke. V "double escape peak" bij Eγ - 1022 ke. V 02/12/2020 cursus CD - detectie 4

Detectie spectroscopie - ontsnappingspiek bij proportionele telbuis argon-gas 02/12/2020 krypton-gas cursus CD - detectie 5

Detectie spectroscopie - ontsnappingspiek single- en double-escape bij 241 Am(Be)-bron 1 H + n 2 H + 2, 26 Me. V 9 Be + α 12 C + n + 4, 43 Me. V ijkbron 60 Ni + 2 1, 17 Me. V 1, 33 Me. V 60 Co 02/12/2020 cursus CD - detectie 6

Detectie kalibratie - energieschaal § 500 §kanaalnummer § 400 § 300 § 200 § 100 § 0 02/12/2020 § 200 § 400 § 600 §γ-energie (ke. V) cursus CD - detectie § 800 § 1000 7

Detectie § 0. 01 §# pulsen / # fotonen kalibratie - rendement § 0. 001 § 100 §γ-energie 02/12/2020 § 10000 (ke. V) cursus CD - detectie 8

Detectie keuze detector de keuze van de detector wordt bepaald door wat men wil meten activiteit A (in Bq) omgevingsdosisequivalent H* (in Sv) persoonsdosisequivalent Hp (in Sv) α-, β- of γ-straling neutronen energie van de uitgezonden straling (in Me. V) identificatie van nuclide in het laatste geval moet men de energie van de uitgezonden straling bepalen (spectrometrie) met behulp van een veelkanaalsanalysator 02/12/2020 cursus CD - detectie 9

Detectie keuze detector dosismonitor aanwijzing in sievert of sievert per tijdseenheid volstrekt ongeschikt als besmettingsmonitor er zijn speciale neutronen-monitoren besmettingsmonitor aanwijzing in telpulsen per tijdseenheid helaas geen aanwijzing in bequerel vaak in combinatie met een veegproef volstrekt ongeschikt als dosis- of dosistempometer 02/12/2020 cursus CD - detectie 10

Detectie keuze detector - besmetting kalibratiefactor gaat uit van een homogene besmetting over het hele oppervlak van de besmettingsmonitor, ook als dat niet zo is besmettingsmonitor wijst aan in telpulsen per tijdseenheid soms (maar niet altijd) geeft fabrikant calibratie voor een aantal nucliden meestal in Bq cm-2 soms ook in Bq INTERACTIE oppervlak monitor = 100 cm 2 aanwijzing = 4 Bq per cm 2 oppervlak besmetting = 10 cm 2 bepaal totale activiteit (in Bq) bepaal besmetting (in Bq per cm 2) 02/12/2020 cursus CD - detectie 100 cm 2 × 4 Bq/cm 2 = 400 Bq / 10 cm 2 = 40 Bq per cm 2 11

Detectie lunch 02/12/2020 cursus CD - detectie 12

Detectie indeling praktijk van detectie § spectroscopie § kalibratie § keuze detector statistiek § lijnbreedte § rendement § geometriefactor § tel-statistiek en standaarddeviatie § minimaal detecteerbare activiteit § optimale verdeling van meettijd 02/12/2020 cursus CD - detectie 13

Detectie lijnbreedte - proportionele telbuis het energie oplossend vermogen 2ΔE / E wordt bepaald door de statistiek in het aantal gevormde elektron-ionparen ionisatie-energie 34 e. V energie E (ke. V) aantal ionen N = E / 0, 034 standaarddeviatie σN = √N energie oplossend vermogen 2ΔE / E = 2σN / N = 2 / √N = 0, 37 / √E voorbeeld: 02/12/2020 55 Fe E = 5, 9 ke. V → cursus CD - detectie 2ΔE / E = 15% 14

Detectie lijnbreedte - proportionele telbuis 34 e. V per elektron-ionpaar resolutie bij 6, 4 ke. V is 17% 02/12/2020 cursus CD - detectie 15

Detectie lijnbreedte - Ge-detector 2, 9 e. V per elektron-gatpaar resolutie bij 661 ke. V is 0, 4% 02/12/2020 cursus CD - detectie 16

Detectie lijnbreedte - Na. I-detector 500 e. V per foto-elektron resolutie bij 5, 9 ke. V is 43, 5% resolutie bij 662 ke. V is 7% 02/12/2020 cursus CD - detectie 17

Detectie tel-statistiek - rendement N=ε×A×t ε = fem × fgeo × fabs × fdet × fdtijd fem = emissierendement fgeo = geometriefactor fabs = absorptiefactor fdet = intrinsiek rendement van de detector fdtijd = correctie voor dode tijd van de detector A = (N / t) / ε = T / ε T = N / t = teltempo 02/12/2020 cursus CD - detectie 18

Detectie tel-statistiek - geometriefactor R 2 = h 2 + r 2 fgeo = 0, 5 × (1 - cos α) = 0, 5 × [ 1 - (h / R) ] = 0, 5 × [ 1 - h / √(h 2 + r 2) ] R r h bron als R >> r fgeo ≈ πr 2 / 4πR 2 vloeistofscintillatie fgeo ≈ 1 putkristal fgeo ≈ 1 besmettingsmonitor fgeo ≈ 0, 5 02/12/2020 (4π-geometrie) (2π-geometrie) cursus CD - detectie 19

Detectie tel-statistiek bruto-aantal 100 ± 10 teltijd = 10 s nuleffect 5000 ± 70 teltijd = 1000 s bij statistiek gaat het om wat is of zou kunnen zijn gemeten omrekenen naar 1000 s bruto-aantal 10 000 ± 1000 achtergrond 5000 ± 70 netto-aantal 5000 ± √(10002 + 702) in 1000 s 50 ± √(102 + 0, 72) in 10 s omrekenen naar 10 s bruto-aantal 100 ± 10 achtergrond 50 ± 0, 7 netto-aantal 50 ± √(102 + 0, 72) in 10 s bruto-aantal (50 ± √ 50) + (50 ± √ 50) 100 ± √(50 + 50) = 100 ± 10 in 10 s 02/12/2020 cursus CD - detectie 20

Detectie tel-statistiek INTERACTIE met drie detectoren A, B en C zijn aantallen telpulsen gemeten welke serie is betrouwbaar en waarom ? detector A 100 100 100 02/12/2020 detector B 105 99 97 115 103 92 95 83 113 101 detector C 90 121 134 83 101 75 110 141 65 83 cursus CD - detectie 21

Detectie tel-statistiek - standaarddeviatie bruto-aantal telpulsen achtergrondtelpulsen Nbruto gemeten in tijd tbruto Nnul gemeten in tijd tnul bruto-teltempo achtergrondteltempo netto-teltempo Tbruto = Nbruto / tbruto Tnul = Nnul / tnul Tnetto = Tbruto - Tnul standaarddeviatie σN = √N σT = (√N) / t = √(N / t 2) = √(T / t) σTnetto 2 = σTbruto 2 + σTnul 2 = (Tbruto / tbruto) + (Tnul / tnul) 02/12/2020 cursus CD - detectie 22

Detectie tel-statistiek - minimaal detecteerbare activiteit Amin geeft aanleiding tot een significante verhoging van achtergrondteltempo stel: significante verhoging is ΔT = kσTnul stel dat achtergrond is bepaald in teltijd tnul stel dat actuele meting is uitgevoerd in teltijd t << tnul er zijn nu twee bijdragen tot σTnul 1. standaarddeviatie van actuele achtergrond = √(Tnul / t) 2. standaarddeviatie van gemiddelde achtergrond = √(Tnul / tnul) significante verhoging is ΔT = k√(Tnul / t + Tnul / tnul) k√(Tnul / t) minimaal detecteerbare activiteit is Amin = ΔT / ε 02/12/2020 cursus CD - detectie 23

Detectie tel-statistiek - optimale verdeling meettijd totale beschikbare meettijd is t tnul = t - tbruto σTnetto 2 = (Tbruto / tbruto) + (Tnul / tnul) = (Tbruto / tbruto) + [ Tnul / (t - tbruto) ] streef naar een minimale fout in netto teltempo dus afgeleide naar tbruto moet nul zijn dσTnetto 2/dtbruto = - (Tbruto / tbruto 2) + [ Tnul / (t - tbruto)2 ] = - (Tbruto / tbruto 2) + (Tnul / tnul 2) =0 voor optimale verdeling meettijd moet tnul 2 / tbruto 2 = Tnul / Tbruto tnul / tbruto = (Tnul / Tbruto) 02/12/2020 cursus CD - detectie 24