Jag accepterar att kakor lagras på min dator

Läs mer

Characterization and calibration of an n-type HPGe detector for in situ low energy gamma spectrometry

Characterization and calibration of an n-type HPGe detector for in situ low energy gamma spectrometry Beställ tryckt exemplar Lägg i kundvagnen
Författare: Angelica Hedman, Jalil Bahar Gogani, Jonas S Andersson, Lennart Johansson, Micael Granström, Henrik Ramebäck
Ort: Umeå
Sidor: 27
Utgivningsår: 2014
Publiceringsdatum: 2014-12-09
Rapportnummer: (FOI-R--3931--SE)
Nyckelord Gammaspektrometri, in situ, HPGe, datortomografi, Monte Carlo-modellering, semi-empirisk kalibrering
Keywords Gamma spectrometry, in situ, HPGe, computed tomography, Monte Carlo modelling, semi-empirical calibration
Sammanfattning I händelse av ett tillbud eller en olycka som resulterar i deponering av radionuklider, till exempel efter ett utsläpp från en kärnkraftverksolycka, är det viktigt att snabbt få fram mätresultat. Det kan erbjudas redan på plats med hjälp av in situ gammaspektrometri med exempelvis HPGe-detektorer. För att säkerställa att mätsystemet levererar korrekt resultat, måste detektorns respons kalibreras för det specifika energiområdet och den särskilda mätgeometrin. Vid en semi-empirisk kalibrering, vilken har använts i detta arbete, används data från mätningar i kombination med Monte Carlo-beräkningar av en detektormodell. Monte Carlo-beräkningar kräver kunskap om detektordimensioner, såsom avståndet mellan kristall och detektorfönster. Tillverkarna levererar ofta mått för en viss detektortyp, men individuella variationer finns normalt inte angivna. För att få fram en mer korrekt modell har dimensioner inuti HPGe-detektorer tidigare uppmätts genom röntgenavbildning, främst med en rumstempererad detektor. Så vitt vi vet har det inte skett någon grundlig utredning av effekten av att kyla detektorn, vilket delvis skulle kunna bidra till att förklara skillnader mellan Monte Carlo-modeller och empiriska data. Den här rapporten beskriver karakterisering och semi-empirisk kalibrering av en n-typ HPGe-detektor som kommer att användas för in situ gamma spektrometri, och mer specifikt för mätning av lågenergetiska fotoner. Monte Carlo-modeller och beräkningar har gjorts med mjukvarorna GESPECOR och MCNP. Datortomografi (CT) har använts för att få fram en mer korrekt detektormodell samt för att undersöka om detektorparametrar ändras när HPGe-detektorer kyls ned till drifttemperatur (77-100 K). Resultatet visar att avståndet mellan kristall och detektorfönster ökar när HPGe-detektorer kyls ned; (0,376±0,070) mm för en n-typ detektor och (0,40±0,15) mm för en p-typ detektor. Monte Carlo-beräkningar visar att skillnaden i avstånd har en signifikant betydelse vad gäller detektoreffektiviteten i närgeometri. För att få den optimerade detektormodellen i MCNP att passa så bra som möjligt (inom osäkerheten) med empiriska data ändrades parametrar, exempelvis ökades det inre dödlagret med 0,8 mm och avståndet mellan kristall och fönster med 2,5 mm jämfört med tillverkarens specifikationer.
Abstract In case of an incident or accident with deposited or dispersed radioactive material, e.g. after a release from a nuclear power plant accident, it is important to obtain measurements results fast. This can be offered already at the site using in situ gamma spectrometry with e.g. HPGe detectors. In order to ensure that the measurement system delivers correct results, within measurement uncertainty, the detector needs to be calibrated for the specific energy range and sample geometry. In the semi-empirical calibration, which has been used in this work, data from measurements are used in combination with Monte Carlo calculations of a detector model. Monte Carlo calculations require knowledge of detector dimensions, e.g. the distance between crystal and detector window. Manufacturers commonly supply dimensions for a given detector type. However, individual detector variations are usually not readily available. To obtain a more accurate model, dimensions inside of HPGe detectors have, in previous studies, been measured by using X-ray imaging, mainly with a room tempered detector. To our knowledge, there has been no thorough investigation of the effect of cooling the detector to operation temperatures, which may help to explain the discrepancies between studies involving Monte Carlo detector models and empirical data. This report describes the characterization and semi-empirical calibration of an n-type HPGe detector which will be used for in situ gamma spectrometry, and, more specifically, for measurements of low energy photons. Monte Carlo models and calculations were made using GESPECOR and MCNP. Computed Tomography (CT) high-resolution imaging was used to acquire a more accurate detector model and to investigate if detector parameters change when HPGe detectors are cooled to operation temperature (77-100 K). It was found that the distance between crystal and detector window increases when HPGe detectors are cooled; (0.376±0.070) mm for an n-type detector and (0.40±0.15) mm for a p-type. Monte Carlo calculations indicate that the crystal-to-window differences have a significant impact on the detector efficiency for close geometries. For the optimized MCNP detector model to fit as well as possible (within the uncertainty) with empirical data, parameters were changed e.g. the inner dead layer was increased by 0.8 mm and the crystal-to-window distance was increased by 2.5 mm compared to manufacturer specifications.

Kundvagn

Inga rapporter i kundvagnen

FOI, Totalförsvarets forskningsinstitut

FOI
Totalförsvarets forskningsinstitut
164 90 Stockholm

Tel: 08-555 030 00
Fax: 08-555 031 00

Orgnr: 202100-5182