Monte Carlo szimulációra alapozott eljárás és szoftver kidolgozása radioaktív izotópok kvantitatív meghatározására
Monte Carlo szimulációra alapozott eljárás és szoftver kidolgozása radioaktív izotópok kvantitatív meghatározására
Radócz Gábor MSc. fizika, II. évf.
Konzulens: Dr. Szalóki Imre, Atomenergetika Tanszék
Dr. Czifrus Szabolcs, Nukleáris Technika Tanszék
A nukleáris spektroszkópiai módszerek (α, β, γ - spektroszkópia), az általuk nyújtott nagy érzékenység és alacsony kimutatási határ következtében széleskörűen alkalmazott analitikai eljárások a radioaktív anyagok mennyiségének meghatározásához. A nukleáris laboratóriumi gyakorlatban a kvantitatív analízishez elengedhetetlen a detektorok hely- és energiafüggő detektálási hatásfokának ismerete. A hatásfok meghatározására, a változatos mérési körülményekre való tekintettel, széles energiatartományban és nagyszámú geometriában van szükség, amely költséges és időigényes feladat.
A nukleáris iparban gyakran előforduló mérési feladat, a különféle radioaktív hulladékok szállítására, tárolására alkalmazott tartályokban lévő anyagok radioizotópjai fajlagos aktivitásának meghatározása gamma-spektroszkópiával. Ezekben az esetekben, a mérendő mintával megegyező tulajdonságú (méret, halmazállapot, geometria, elemi összetétel stb.) kalibráló forrás elkészítése gyakran kivitelezhetetlen feladat, ezért a legtöbbször egyszerűbb megoldást kínál a detektor hatásfokfüggvényének Monte Carlo alapú szimulációval történő meghatározása az adott mérési összeállításra. A szimulált gamma-spektrumból meghatározható a szükséges hatásfokfüggvény, amely segítségével kiszámítható a mért, valódi minta izotópjainak aktivitása, illetve fajlagos aktivitása.
A mérendő minta izotóp-összetételének szimulációs modellel történő kvantitatív meghatározása tovább egyszerűsíthető azokban az esetekben is, amikor a minta geometriája nagy pontossággal ismert. Ekkor lehetőség nyílik az ismeretlen minta radioaktív izotópjai aktivitásának közvetlen meghatározására is.
A fejlesztés alatt lévő módszernek az az alapja, hogy a mért gamma-spektrumban található csúcsok és a szimulált gamma-spektrumban található csúcsok területeinek számszerű összevetésével az egyes radioizotópok aktivitása egy alkalmasan választott, konvergens iterációval, azaz az MC szimuláció rekurzív ismétlésével kiszámítható. A módszer széleskörű alkalmazhatóságához igazoltuk, hogy az MCNP-vel végzett szimuláció bonyolultabb geometriával rendelkező minták esetén is képes a mért gammaspektrumok valósághű számítására. Rámutatunk a kifejlesztés alatt álló iterációs algoritmus megvalósíthatóságára, amellyel szemben elvárás, hogy tetszőleges összetételű és geometriai alakkal rendelkező minta esetén is konvergens legyen és a végeredmény a valódi izotóp-összetételt eredményezze a megadott hibahatáron belül.
A TDK dolgozatomban a módszer alapjául szolgáló MC alapú szimuláció bonyolult geometriájú és összetételű minták izotópjai aktivitásának meghatározásával kapcsolatban végzett vizsgálatokat mutatom be. Az eddigi eredmények alapján arra a következtetésre jutottunk, hogy az izotóp-összetétel MC szimulációval történő meghatározása lehetővé teszi az inverz Monte Carlo szimulációs eljárás és az erre épített szoftver megvalósítását.
Irodalom:
1. Gordon Gilmore, Practical Gamma-ray Spectrometry, Ed. John Wiley & Sons Ltd., 2008
2. I. Szalóki, J. Osán, Chul-Un Ro, R. Van Grieken, Quantitative characterization of individual aerosol particles by thin-window electron probe microanalysis combined with iterative simulation, Spectrochimica Acta Part B, 55, 1017-1030, 2000.
szerző
-
Radócz Gábor
fizikus
nappali
konzulensek
-
Dr. Szalóki Imre
egyetemi docens, tanszékvezető, Atomenergetika Tanszék -
Dr. Czifrus Szabolcs
egyetemi docens, Nukleáris Technika Tanszék
