I DŐFÜGGŐ FOLYAMATOK ALKALMAZÁSA A PROMPT -γ AKTIVÁCIÓS ANALÍZISBEN

A PROMPT - GAMMA AKTIVÁCIÓS ANALÍZIS ALAPJAI

A PGAA MINT ELEMANALITIKAI MÓDSZER

• Történeti áttekintés
• A PGAA tulajdonságai
• A neutronok keltése, csoportosítása és a kölcsönhatás valószínűsége
• Az analitikai jel keletkezése a PGAA-ban

A MENNYISÉGI ELEMZÉSHEZ HASZNÁLT ÖSSZEFÜGGÉSEK

• Elemzés a prompt csúcsok alapján
• Elemzés a bomlási csúcsok alapján

A NYALÁBSZAGGATÓS PGAA

A BÓRCSÚCS ALAKJA ÉS ILLESZTÉSE

• A 10 B(n,αγ) 7 Li * reakció mechanizmusa
• A bóranalízis módszerei az irodalomban

A PGAA ANALITIKAI ALKALMAZÁSAI

M ÉRÉSI ÉS KIÉRTÉKELÉSI MÓDSZEREK

A MÉRŐBERENDEZÉS

• A Budapesti Kutatóreaktor és a neutronvezető rendszer
• A PGAA és a NIPS mérőhely
• A mérőrendszerek paraméterei
• A mérőrendszerek kalibrálása
• A jelfeldolgozás

A Budapesti Kutatóreaktor, a neutronvezető csarnok és a PGAA-NIPS mérőhely felülnézeti rajza(5). 5) A figura elkészítéséhez egykori kollégánk, Ember Péter Péter Pál rajzát használtam fel. Az előerősítő jele és a digitális szűrés eredménye (SZENTMIKLÓSI ET AL.2005A) Két szűrő dolgozik folyamatosan az adatfolyamon.

A RUTIN ANALÍZIS MENETE

• Mintaelőkészítés és mérés
• A spektrumértékelés
• Kvantitatív analízis

A spektrum minden csúcsához összegyűjti a lehetséges irodalmi vonalakat (χE <3), és az (1.6) és (1.8) képletek alapján kiszámítja az elemek megfelelő tömegét. Az "AA63" cella az átlagos tömeget mutatja, a belső hibával (a tömegek egyedi hibájából) és a külső hibával (a tömegek átlag körüli szórása) együtt.

A BUDAPESTI PGAA BERENDEZÉS ANALITIKAI PARAMÉTEREI

Japán és dél-koreai kutatócsoportok kísérletileg bebizonyították, hogy az elemek kimutatási határa és analitikai érzékenységük (S) fordítottan arányos egymással (YONEZAWA ET AL. 1995; BYUN 2004). 7) A diagramot Révay Zsolt állította össze. A minták egyszerű geometriájú analitikai számításához a NAA-nál a SOLCOI programot használják (MOENS ET AL. 1981), de ez nem állt rendelkezésünkre.

S AJÁT MÓDSZEREK IDŐFÜGGŐ FOLYAMATOK VIZSGÁLATÁRA

A BESUGÁRZÁST KÖVETŐ SZÁMLÁLÁS

L ISTAMÓD : IDŐFÜGGŐ FOLYAMATOK ESEMÉNYSZINTŰ VIZSGÁLATA

• Listamódú adatgyűjtés a XIA spektrométerrel
• Holtidő korrekciós modell a listamódú mérésekhez
• Off-line adatfeldolgozás
• A holtidő-korrekciós eljárás validálása
• Időfüggő háttérkorrekció a lecsengési görbékhez
• Háromdimenziós régiók kiértékelése

Az első esetben minden új jel növeli a holtidőt, míg a második esetben a holtidő alatt érkező események nem érintik a rendszert. Az alábbi ábrán látható képletek segítségével sikerült rögzíteni a korrelációt a tárolt ütések száma másodpercenként P és a tényleges Q számlálási sebesség között. A műszer akkor tárol egy eseményt, amikor sem az ütemérzékelő, sem az amplitúdószűrő nincs foglalt és nincs adatok továbbítása folyamatban van.

Mivel a lista módban történő mérésnél kisebb az információvesztés, az adatfeldolgozást igyekeztem offline is elvégezni, hogy utólag tudjak választani az adatok között. Képernyőkép az off-line kiértékelő és holtidő korrekciós programról Első lépésben a BÖNGÉSZÉS gombra kattintva betöltjük a lista módú adatfájlt (*.BIN) és megadjuk a hozzávetőleges teljesítménykalibrációt, majd kiválasztjuk a kimeneti formátumokat. A csúcs pillanatnyi nettó találati számát ( )NP a középső régió össztalálatszámának (G) és az ábrán B3-mal jelölt háttér különbsége adja: NP = -G B3.

A holtidő korrekció után az NP′ már nem Poisson-eloszlású, azaz a szórása nem egyenlő az amplitúdóval.). Így időben változó háttérrel az amplitúdó és a csillapítási állandó pontosabban becsülhető az MCS módszerhez képest. A csúcsforma (2.5) és a háttérkomponensek alkalmassá tehetők egy kétváltozós adatmátrix (energia-idő-ütésszám) leírására a Γ csúcsamplitúdó és az l háttértag időfüggővé tételével.

PGAA MÉRÉSEK NYALÁBSZAGGATÓVAL

• A nyalábszaggató működése
• Kvantitatív összefüggések a nyalábszaggatós PGAA-hoz
• A nyalábaktivációs faktor IV. típusú nuklidokra

Kvantitatív összefüggések PGAA nyalábhasításra (MOLNÁR ET AL. 2004, SZENTMIKLÓSI ET AL. 2007 ÉS SZENTMIKLÓSI ET AL. 2006D) SZENTMIKLÓSI ET AL. 20007. Úgy számolhatunk, mintha csak a mérési idő L-edik részében mértünk volna, és a mintát egyidejűleg Φ átlagos értékű állandó fluxus aktiválta volna. A (3.10) egyenlet zárójeles tényezője a folyamatos aktiváláshoz is használt nyalábaktiválási tényező (B), ηp és ηd mellett a prompt és a csillapítási spektrum holtidő veszteségét vesszük figyelembe.

Ha a ciklusidő összevethető a felezési idővel (λ⋅ >T 1), akkor az eredeti GIVENS egyenlet egy másik egyszerűsített formáját használtam. Szinte az egyetlen gyakorlatban használt nuklid, amelyre a (3.13) képlet vonatkozik, felezési ideje 24 mNa és 20,20 ms. Fontos különbség, hogy a (3.13) egyenlet kifejezetten tartalmazza a besugárzási, várakozási és számlálási időket, valamint a ciklusidőt, nem csak a ciklusidőhöz viszonyított arányukat, mint a (3.10).

Az analitikai jelentőségű nuklidokat az egyik csoportba sorolhatjuk, és a származtatott képletekkel az aktivitás kiszámítható (POMMÉ ET AL.1996; DE CORTE ÉS SIMONITS 2003) A PGAA-ban ezek közül csak néhány fordul elő, a keletkező radionuklidok leggyakrabban I .a legegyszerűbb aktiválási-dekompozíciós eset) és IV. Az analitikai jel a radionuklid további bomlásának eredménye, melynek intenzitását és időbeli lefutását mindkét aktivációs ág befolyásolja. Az ábrán #1 a kiindulási nuklid, #2 egy metastabil állapot, #3 az analitikai radionuklid; σγm metastabil állapotban, σγg pedig a közvetlenül az alapállapotba vezető aktivációs keresztmetszet, F2 2-ben.

A BÓRCSÚCS ILLESZTÉSE

• Modell a bórcsúcs illesztésére
• Az illesztés menete

Ilyen spektrumokat a képletet használó publikációk is bemutatnak (nyomokban bórt és biológiai mátrixot tartalmazó vizes oldat, ahol a fékezőerő kicsi, így a csúcs "négyzetes" marad) (BAECHLER ET AL. 2002; BYUN ET AL. 2004 ) . Ezek is szinte kizárólag a passzív számlálás (REGUIGUIET AL. 2002) és a reaktor NAA (JAMES ÉS RAULERSON 2001) tapasztalatait írták le. Az előző pontokban láthattuk, hogy a lista módú adatgyűjtés és a kapcsolódó adatfeldolgozás elősegíti az adatok teljesebb elemzését.

Hasonlóan jól használható olyan objektumok szkennelésére (γ-képalkotás), ahol egyértelmű kapcsolat van a pozíció és az idő között. A k0 faktor egy komplex relatív analitikai érzékenységű magállandó, amelyet SIMONITS és DE CORTE vezetett be a NAA reaktorban 1975-ben (SIMONITS ET AL. 1975). A NAA által mért k0 értékeknek több évtizedes kísérleti munkája alapján gazdag irodalma van, pl. jól illeszkedő kísérleti eredmények, néha a legfrissebbek, kétségeket ébresztenek egyes k0-tényezők pontosságával kapcsolatban (KENNEDY ÉS ST-PIERRE 2003).

Ezt ISO és EURACHEM ajánlások (ISO 1995) és (EURACHEM 2000) alapján tettem, figyelembe véve az összes lehetséges hibaforrást és becsülve azok hozzájárulását (4.8. TÁBLÁZAT). Kidolgoztam és kísérletileg igazoltam egy módszert, amely megfelel a Doppler által kiszélesített felfelé irányuló áramlásnak és az azt zavaró csúcsoknak. Ennek bekapcsolásával a program már nem a Gauss-amplitúdóra normalizálja a Skew-t, hanem a görbe területére (Γδ π), β-t fixen tartva (RÉVAY ET AL. 2001).

E REDMÉNYEK ÉS ÉRTÉKELÉSÜK

A DIGITÁLIS SPEKTROMETRIA ALKALMAZHATÓSÁGA A PGAA- BAN

• Az energiafelbontás erősítésfüggése
• Az energiafelbontás terhelésfüggése
• Hosszú idejű stabilitás
• Következtetések

A szokatlan beállítások miatt a PGAA eltérő, gyakran szigorúbb felszerelési követelményeket támaszt, mint a gyakoribb alkalmazási területek. Az is lényeges lenne, hogy a csúcsok alakja és egyéb spektroszkópiai paraméterei ne romoljanak jelentősen a számlálási sebesség növekedésével, mint ahogyan az analóg rendszerünkben történik. Bár a gyártó cégek gyakran hangsúlyozzák, hogy a digitális méréstechnika elméletileg kevésbé érzékeny a zajra, a valóságban ennek pont az ellenkezőjét tapasztaltuk: az analóg rendszerrel mértük a legjobb felbontási értékeket.

Míg az analóg rendszer ezt gond nélkül kezelte, jelentős csúcstorzítást és kiszélesedést okozott a digitális rendszerekben. A digitális rendszerekben mért spektrumokban a Left Skew tag amplitúdója és csillapítása kisebb volt az analóg rendszerhez képest, így a csúcs alakja sokkal közelebb állt a Gauss-hoz. Több intenzív csúcs kiértékelése után meghatároztuk a félérték-szélességeket, és a termelési számlálási arány függvényében ábrázoltuk.

A XIA rendszer felbontása nem változik szignifikánsan az általunk használt számlálási sebességek tartományában, míg a CANBERRA DSA-2000 és DSP-2060 esetében némi romlást figyeltünk meg. A nyári időszakban, amikor a helyiség napi hőmérséklet-ingadozása elérte a tíz fokot, óránkénti spektrumokat vettünk fel a 152Eu forrásból. Ezt egy hibásan működő külső zajforrásnak tulajdonítottuk, amely nem az erősítést, hanem az állandó zajszintet változtatta meg (mivel az összes csúcs felbontása körülbelül egyformán romlik, függetlenül az energiától).

A BESUGÁRZÁS UTÁNI SZÁMLÁLÁS ANALITIKAI ALKALMAZÁSA

• A 2004-es mérési sorozat
• A 2005-ös mérési sorozat

A NIPS mérési helyen elhelyezett számlálónál sikerült a geometriai hatásfokot növelni, így a Th 459 keV energiacsúcs a kimutatási határ fölé került. A feladatot végül 1-2 órás PGAA számlálással és ezt követő 1-2 órás bomlásméréssel tudtam megoldani. A viszonylag rövid PGAA mérés után az Sc és különösen a Na hosszabb felezési idejű vonalai még mindig nem voltak túl intenzívek a bomlási spektrumban, így az általuk előállított Compton plató alacsony maradt.

A LISTAMÓDÚ GAMMA - SPEKTROMETRIA ALKALMAZÁSAI

• Felezésiidő-mérés listamódban
• A kiértékelési módszerek pontosságának összehasonlítása
• Csúcsinterferenciák feloldása az idődimenzió bevonásával
• Ciklikus aktiváció neutronnyalábban
• Következtetések és alkalmazási lehetőségek

A módszereket úgy is teszteltem, hogy egyre több pontot hagytam egy jó statisztikával rendelkező lebomlási görbe elejéről. A paraméterek relatív hibáját a 4.7. ÁBRÁBAN mutattam be, az első oszlopban 116mIn, a második oszlopban pedig a lassabban bomló 24Na esetében. Itt is azt tapasztaltam, hogy jó statisztikával rendelkező esetekben (a görbék elején) a háttérkorrigált időspektrum illesztés és a 3D illesztés majdnem egyformán pontos, de mindkettő jobb, mint a hagyományos módszer.

In és Mn tartalmú mintán vizsgáltam az energiában közel álló, de eltérő időfüggésű csúcsok bomlását. Az In és Mn külön-külön mért spektrumában és az együttes spektrumban mért arányokat az alábbi táblázat mutatja. Az alábbi ábrán egy Al-t tartalmazó minta 1778,9 keV-os vonalának példáján mutatom be a nyalábban mért ciklikus aktiválási periódust.

A CNAA-ban a szokásos módon nincs hűtési idő, mert a mintát nem kell mozgatni, és az adatgyűjtés folyamatos. pontban levezetett időfüggő képletek beállíthatók. Összehasonlítottam a csúcsértékelésre kidolgozott módszereket és az általam javasolt eljárásokat. pontossága jobbnak bizonyult, mint a hagyományos MCS módszer. A 129I neutronbefogásával előállított 130I bomlása két felezési idővel (8,8 perc és 12,4 óra) 130Xe-hez vezet, amelyet mindkét esetben egy 536 keV-os foton kibocsátása követ.

N YALÁBSZAGGATÓS PROMPT - GAMMA AKTIVÁCIÓS ANALÍZIS

• A szelektivitás és a kimutatási határ javítása
• Bomlási k 0 -faktorok meghatározása
• Az eredmények értékelése

Az itt kidolgozott elvek és technikák felhasználhatók bármilyen időben változó γ-sugárzás mérésére (pl. rövid idejű NAA). PGAA nyalábosztóval mérhető elemek Nyalábosztóval előnyösebben mérhető elemek Csak hagyományos PGAA-val mérhető elemek. A belső standard módszer szerint a részleges gammageneráló hatás keresztmetszetét vagy a mérendő csúcs k0 értékét egy ismert keresztmetszetű és ismert mennyiségben jelen lévő komparátor elem hegyével való közvetlen összehasonlítással kapjuk meg. jó statisztikákkal. pontosság.

A belső standard módszer szerint itt a (3.10) és (3.11) egyenletek hányadosával számolhatunk, amiből kiszűrjük a fluxust, az abszolút anyagmennyiséget és a mérési időt. A nyalábhasító PGAA technika ezért fontos módszertani kapocs lehet a két típusú aktivációs analitikai módszer között, mivel ugyanazokat a mennyiségeket más módszerrel határozzák meg, mint a k0-NAA-ban. Azoknál a fényelemeknél (F, Na, Al, Mn), amelyek PGAA spektruma viszonylag egyszerű, az aktuális és a korábban PGAA-val mért értékek hibahatáron belül megegyeznek.

Három érdekes esetet emelnék ki: a 24Na és 28Al esetében az eredmények pontosan megfelelnek a korábbi irodalmi adatoknak (0,528 bar és 0,232 bar, vö. A 128I esetében még jelentősebb teljesítményt figyeltem meg: itt a a 442,9 keV csúcs intenzitása közel van 4,5%-kal nagyobbnak mértem Hibatag Módszer Jellemző érték Holtidő korrekció, spektrum normalizálás radioaktív forrással A típusú B típus 0,2-0,3% (statisztikai) 1 ,0% ( szisztematikus) Az A típusú bomlás csúcsterületének statisztikai hibája 0,3-5% A komparátor csúcsterületének statisztikai hibája A típus A0,2-0,6% A komparátor gammagenerációs részleges hatáskeresztmetszetének bizonytalansága (σp) Típus A0,2–0,3% k0, Au(p ) Típus A0, 6% Relatív detektor hatásfok A, B típus 0,5–0,8% Háttér hozzájárulás a H, Cl, Al, F csúcsokhoz A típus A<0,1% , korrekció után elhanyagolható A nyaláb aktiválási tényezőjének hibája a felezési idő bizonytalansága miatt B típus Elhanyagolható (~10–3 %) Minta sztöchiometria, tisztaság B típus <1%, a szállító adatai alapján Önelnyelés és önelnyelés -árnyékolás B típus Korrekció után <0,5% Kombinált standard bizonytalanság (k=1 , ±1σ.

A BÓRCSÚCS ILLESZTÉSE

• A modell validálása
• A bórcsúcs alakjának mátrixfüggése
• Összehasonlítás a referencia csúcs módszerrel
• Alkalmazás: geológiai és dozimetriai minták analízise

Anderson, DL, Failey, MP, Gordon, GE, Zoller, WH, 1980, Instrumental Prompt Gamma Activation Analysis of Energy-Related Samples and Standards, Proc. Anderson, DL, Kasztovszky, Zs., 2004, Handbook of Prompt Gamma Activation Analysis with Neutron Beams, Ed. Dortrecht: Kluwer Academic Publisher), Chapter Applications of PGAA with Neutron Beams, pp. Kudějová, P., Kasztovszky, Zs., Révay, Zs., Belgya, T., Materna, T., Jolie, J., 2004, Prompt -Gamma-Ray Activation Analysis: Multielemental Nondestructive Analytical Method for Geochemistry and cosmochemistry, Proc.

Révay, Zs., Belgya, T., 2004, Handbook of Prompt Gamma Activation Analysis with Neutron Beams, Ed: Molnár, G. Dortrecht: Kluwer Academic Publisher), Chapter Principles of the PGAA method, p. Sudár, S., 1998, Computer program TRUECOINC, distributed by the IAEA. Prompt gamma activation analysis (PGAA or PGNAA) is a nuclear analytical technique for nondestructive determination of elemental and isotopic compositions. First experiences with digital signal processing in Prompt gamma activation analysis: IAEA Meeting on applications of PGAA (Budapest, 2002. December 5).

Digital Signal Processing in Prompt Gamma Activation Analysis, Methods and Applications of Radioanalytical Chemistry (MARC) 6, Kailua-Kona, USA, 2003. Harangi: Geologic Use of Prompt Gamma Activation Analysis: Importance of the Boron Concentration in Volcanic Rocks of the East and West Pannonian volcanic fields. Révay: Boron concentration measurements by rapid gamma activation analysis: application to Miocene-Quaternary volcanoes of the Carpathian-Pannonian region.

F ÜGGELÉK : A D OPPLER - KISZÉLESEDETT BÓRCSÚCS ALAKJÁNAK LEVEZETÉSE

F ÜGGELÉK : A LASSULÁSI ÁLLANDÓ BECSLÉSE AZ LSS- MÓDSZERREL

F ÜGGELÉK : A HATÁSFOK MEGHATÁROZÁSA KÖZELI GEOMETRIA ÉS KITERJEDT MINTA ESETÉN

A programmal kiszámoltam a csúcsra és a kiterjesztett forrásra érvényes hatásfok arányát, automatikusan figyelembe véve az üveg és a minta önelnyelő képességét. A számítások szerint a 442,9 keV-os jódcsúcs és a 458,3 keV-os tóriumcsúcs hatásfokának arányát a kiterjesztett minta nem befolyásolta erősen.

F ÜGGELÉK : A γ- CSÚCSOK ILLESZTÉSE FÉLEMPIRIKUS FÜGGVÉNYEKKEL

Külön köszönet Simonits Andrásnak (AEKI), hogy sok értékes észrevételt tett a dolgozatommal kapcsolatban, mint házi bíráló, és elérhetővé tette kalibrációs sugárforrásait. Lázár Károly osztályvezető is segített (IKI Katalízis és Jelzéstechnika Osztály), amikor detektorát rendelkezésemre bocsátotta méréseimhez.