HPGe detektor modellezése Monte Carlo szimulációval geometriai hatásfok korrekció meghatározásához
A gamma-spektroszkópia a radionuklidok gamma-spektrum alapján történő minőségi és mennyiségi meghatározásának tudománya. Világszerte ez az egyik legelterjedtebb analitikai módszer. Többek között használják a környezeti radioaktivitás monitoring, a sugárvédelemben a személyi monitoring, a radioaktív anyagok védelme, a határvédelem, az anyagtesztelés, a geológia és ásványtan területén is – pusztán néhány főbb területet említve.
Egy gamma-spektroszkópiás rendszer megfelelő teljesítménye nagyban függ a kalibráció minőségétől, különös tekintettel a hatásfok kalibrációra. Ez általában kalibrációs forrásokkal szokott történni, azonban fizikailag és gazdaságilag nem lehetséges minden féle geometriájú és összetételű (sűrűségű) kalibráló forrás elkészítése és készleten tartása, viszont a különböző minták gyakran rendelkeznek eltérő, nem standardizált formával. Ilyen például az az 1 cm élhosszú tömör kocka minta is, melyet az Európai Neutronkutató Központtól [1] kaptunk vizsgálatra. Ezekre a problémákra kínál költséghatékony és megbízható megoldást a hatásfok Monte Carlo módszerekkel való meghatározása. Jelen munka célja egy HPGe detektor modelljének elkészítése és a mért- illetve szimulált hatásfokok összevetésén alapuló validálása volt. A szimulációk futtatásához MCNP6 (Monte Carlo N-Particle Code) [2] szimulációs szoftvert használtunk.
A vonatkozó szakirodalom szerint a belépő felület holtréteg vastagságának növelése a detektor hatásfokának változó mértékű csökkenéséhez vezet. Ennek oka a gamma-sugárzás holtrétegben való gyengülése mellett a detektor aktív térfogatának csökkenése is [3]. Ennek megfelelően a kutatás során első sorban a holtréteg vastagságának módosításával kalibráltuk a detektort, és emellett excentricitás vizsgálatokat is végeztünk.
A detektormodell validálásához megkaptuk a leggyakrabban használt mintatartó pozícióhoz tartozó, 60Co, 137Cs, 133Ba és 241Am pontforrásokkal mért kalibrációs görbét. A detektor modellezéssel történő hatásfokának meghatározására az MCNP6-os szimulációk során F8 (pulse height) tallyt alkalmaztunk a germánium kristály aktív térfogatán. A kalibrációs folyamat során sikerült 5% alá vinnünk a mért és modellezett hatásfok közti különbséget a 300-1500 keV-os energiatartományban. További finomítások után a modell alkalmas lesz a kalibráló forrás és a nem standard geomteriájú vizsgált minta közti geometriai korrekctiós faktor kellően kis hibával történő meghatározására, hozzájárulva a kutatócsoport eredményes munkájához.
Irodalom:
[1] S. Peggs, ESS Technical Design Report. 2013.
[2] J. T. Goorley et al., “MCNP6 User’s Manual, Version 1.0, LA-CP-13-00634,” Los Alamos Natl. Lab., no. LA-CP-13-00634, p. 765, 2013.
[3] I. O. B. Ewa, D. Bodizs, S. Czifrus, and Z. Molnar, “Monte Carlo determination of full energy peak efficiency for a HPGe detector,” Appl. Radiat. Isot., vol. 55, no. 1, pp. 103–108, 2001.
szerző
-
Hajdú Dávid
Környezetmérnöki mesterképzési szak, nappali MSc
mesterképzés (MA/MSc)
konzulens
-
Dr. Zagyvai Péter
Egyetemi docens, Nukleáris Technika Tanszék