gamma-röntgen spektrométer és eljárás kifejlesztése ... · 2015.05.07 oah tso szeminárium...

2015.05.07 OAH TSO szeminárium BME NTI, Gamma-röntgen spektrométer 1

Gamma-röntgen spektrométer és eljárás

kifejlesztése anyagok elemi összetétele és izotóp-

szelektív radioaktivitása egyidejű elemzésére

OAH-ABA-16/14-M

Dr. Szalóki Imre, egyetemi docens

Radócz Gábor, PhD hallgató

Gerényi Anita, fizikus, tudományos segédmunkatárs

Nukleáris Technikai Intézet

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem


Projekt célkitűzései és feladatai

2014. évben

1. Reverse Monte Carlo eljárás kifejlesztése

HPGe, CdZnTe és szcintillációs detektorok

gamma spektroszkópiai alkalmazására.

3. Dörzsminták alfa spektroszkópiai elemzési

módszereinek fejlesztése az érzékenység

javítására, rutin biztosítéki dörzsminta

elemzések.

2. XRF eljárás kiterjesztése 50<Z elemek

elemzésére L és M sorozatú

röntgenvonalak alapján: Th, U, Pu.


Reverse Monte Carlo eljárás

Térben kiterjedt minta detektálási hatásfok

Determinisztikus számítások

Monte Carlo szimuláció

Geometriai-fizikai modell

fizikai folyamatok szimulációja

Szórási és atomi gerjesztési folyamatok,…

Abszorpció, detektálási események

MC modell


Reverse Monte Carlo eljárás

Ismeretlen radioaktív izotóp-összetételű és ismeretlen inaktív összetételű

mátrixszal rendelkező, nem pontszerű objektumok

Geometriai felépítés és

kémia összetétel 0. becslése

MC szimuláció mért és szimulált

γ spektrumok összehasonlítása

Bemenő paraméterek változtatása

MC szimuláció (MCNP6)

Ha a leíró modell valósághű

a számítási folyamat konvergens

a mért és számított spektrumok között csak statisztikai különbség lesz


Reverse Monte Carlo eljárás alkalmazásai

Gammasugárzó radioaktív folyadék minta körmérése

Oktatóreaktor épületének radiológiai gamma-spektroszkópiai in-situ vizsgálata

Izotóp Nominális

aktivitás (kBq)

Szimulációval

számított

aktivitás (kBq)

Eltérés

(Bq)

133Ba 4931 ± 23 4821 ± 28 110 137Cs 5821 ± 25 5742 ± 31 81 60Co 9983 ± 45 9730 ± 56 253

241Am 4542 ± 105 4410 ± 116 132


Reverse Monte Carlo input modell

Az objektum térbeli geometriai elhelyezkedése, méretei

A minta környezetében lévő objektumok kémiai (elemi) összetétele

Alumínium cső

Beton

Beton

Beton

HPGe HPGe

HPGe HPGe


Reverse Monte Carlo eljárás alkalmazásai

Besugárzott fűtőelemek izotópösszetételének meghatározása

EK10 fűtőelem kazetta geometriai kialakítása és MCNP modellje

Izotóp

Mért

csúcsterület

(counts)

Szimulált

csúcsterület

(counts)

Szimulált

csúcsterületek

bizonytalansága [%]

Becsült aktivitás

[Bq]

235U 11,5·105 ±

4,6·102 11,4·105 2,45 1,037·107

137Cs 5,18·105 ±

8,3·102 5,2·105 2,17 2,209·106


SDD

XRF és szórt

röntgennyaláb

Minta

Röntgen-fluoreszcens spektroszkópia működési elve

Gerjesztő

röntgennyaláb

Konfokális optika

Rtg. cső SDD

Elemzett

térfogat


K-sorozat

MI MII MIII MIV MV

LI LII LIII

L-sorozat

M-sorozat

Energia

K

LIII

LII

LI

MV

MIV MIII

MII MI

NV NVI

NIV NIII

NII NI

OVI OV

OIV OIII

OII OI

Urán atom lehetséges elektronállapotai és

a legvalószínűbb elektronátmenetek.

Nukleáris anyagok XRF elemzése

Nagyobb energiájú elektronállapotok betöltöttsége nagyszámú átmenet

Kisrendszámú elemekhez képest sokkal bonyolultabb röntgenspektrumok

FPM számítások (!!)

Sugárzásmentes

átmenetek

Fém U minta

röntgenspektruma

az M és az

L-sorozatok

tartományában

MINI-X Ag anód

U=40 keV


Koncentrációk számítása az X-Proc Matlab alapú szoftverrel

Összes L-vonal figyelembe vétele, belső gerjesztés, mátrix-effektus

A vizsgált standard fémötvözet minta ólmot is tartalmazott


RH 18/33 RN 19/28 RC 36/36

Koncentráció (s%)

Névleges Számított Névleges Számított Névleges Számított

C 1.2 1.2 0.987 0.987 - -

Al 0.045 0.045 0.505 0.505 < 0.01 -

Si 0.455 0.455 1.39 1.39 < 0.01 -

Ti < 0.01 - 0.128 0.172 - -

V 2.60 3.081 0.507 0.543 - -

Cr 3.85 4.035 3.030 3.269 < 0.01 -

Mn 0.256 0.336 1.420 1.741 < 0.01 -

Fe 67.90 69.56 85.60 85.11 0.019 0.023

Co 9.78 9.872 0.751 1.390 0.01 0.017

Ni 0.049 0.118 2.890 2.799 1.56 1.621

Cu 0.092 0.017 0.565 0.483 76.4 78.314

Zn - - - - 0.825 1.198

Nb 0.016 0.015 0.658 0.474 - -

Mo 3.67 2.587 0.940 0.811 - -

Ag - - - - 0.0114 -

Sn - - - - 8.32 7.177

W 10.00 9.169 0.593 0.429 - -

Pb < 0.01 - < 0.01 - 12.7 11.821

Bi - - - - < 0.02 -


0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 4010

1

102

103

104

105

Inte

nzitá

s (

Be

üté

s/1

00

0s)

Energia (keV)

Röntgenspektrumok szimulációja

Fém U minta MINI-X Ag anóddal rendelkező röntgencsővel gerjesztett mért és

szimulált (MCNP-6) röntgenspektruma

Reverse MC eljárás alkalmazása az elemek koncentrációjának

meghatározására

Intenzív abszorpció

Mátrixhatás

Gerjesztési folyamatok

Sugárzásmentes átmenetek

Szukcesszív approximáció

GEANT-4 szoftvercsomag

Mért

MC

Fém U minta


5 10 15 20 25 30 35

0

2

4

6

8

10

Mn-K

Fe-K

Ar Ag-KPb,As,Bi

Co

Cu-K

Zn-K

Sn-K

Ag-Compton

Ag-KNi-K

Ag-L

Cr-K

Inte

nzitás

(cps)

Energia (keV)

Mn-K

Köszönöm a figyelmet!

gamma-röntgen spektrométer és eljárás kifejlesztése ... · 2015.05.07 oah tso szeminárium...

Documents