Aufbau und Charakterisierung einer Frisch-Gitterionisationskammer für die Spektroskopie niedrigster spezifischer Aktivitäten

Autor: Krüger, Felix
Jazyk: němčina
Rok vydání: 2014
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Druh dokumentu: Text<br />Doctoral Thesis
Popis: Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Frisch-Gitterionisationskammer zum Messen kleinster spezifischer Alphaaktivitäten realisiert. Im konkreten Fall soll der Detektor dafür genutzt werden, die Halbwertszeit von 144Nd erneut zu bestimmen. Da diese sehr lang (T1/2 = (2,29 ± 0,16) · 10^15 Jahre) und die Reichweite der emittierten Alphateilchen in Feststoffen sehr gering ist, können nur sehr dünne Proben untersucht werden. Die Fläche der Proben sollte sehr groß sein, um die nötige Aktivität zu erhalten. Im Vergleich haben sich Gitterionisationskammern als das geeignetste Detektorkonzept erwiesen. Es wurde eine Kammer realisiert, welche aus zwei Gitterionisationskammern mit geteilter Anode besteht. Mit Hilfe dieses Aufbaus ist es möglich den Detektornulleffekt zu reduzieren. Die Auslese der auf den Detektorelektroden induzierten Ladung erfolgt mit Hilfe eines Analog-Digital-Konverters. Die Auswertung der gewonnenen Daten wird vollständig nach der Messung durchgeführt. Anhand einer Pulsformanalyse können verschiedene Informationen über jedes, im Detektor stattgefundene, Ereignis gewonnen werden. So ist es möglich den Gitterdurchgriff und die damit verbundene Winkelabhängigkeit der Pulshöhen zu korrigieren und somit die Energieauflösung des Detektors zu verbessern. Es wird eine Energieauflösung von 0,86 % bei 5,1 MeV erreicht. Die Charakterisierung der Ereignisse wird außerdem für die Reduktion des Detektornulleffekts herangezogen. Aufgrund verschiedener Bedingungen, die für ein zu erwartendes Alphaereignis notwendig sind, kann ein Großteil der, die Messung störenden Ereignisse, unterdrückt werden. So kann der Nulleffekt im Energiebereich von 1 MeV bis 2,2 MeV von 435 Ereignissen pro Tag ohne Charakterisierung um etwa ein Faktor 20 auf 21,6 Ereignisse pro Tag mit Charakterisierung reduziert werden. Die Nachweiseffizienz wird davon nicht merklich beeinträchtigt. Für ausreichend lange Messzeiten ist eine Nachweisgrenze von weniger als 10 Ereignissen pro Tag zu erwarten. Für eine, für diesen Aufbau geeignete, Targetgeometrie ist mit etwa 50 Alphazerfällen des 144Nd pro Tag zu rechnen. Mit einer Nachweiseffizienz von etwas unter 50 % sollte die Messung am 144Nd gut möglich sein.
The realization of this work was the usage of a Frisch grid ionization chamber for measuring the lowest specific alpha activity. In the practical case the detector should be used to remeasure the half life of 144Nd. Only very thin targets can be used, due to the extreme long half life and the very short range of alpha particles in matter. The area of the samples must be big enough to get the required activity. In comparison gridded ionization chambers are the most practical devices. The chamber was realized in that way, that two gridded chambers shares a common anode. This could be used to minimize the detector background. The charge, which was induced in the detector electrodes, is acquired by an analog to digital converter. The full analysis of the data is done after the measurement. With the pulse form analysis it is possible to extract information about every event occurring in the detector. It is also possible to correct the grid inefficiency and the correlated angle dependence of the pulse height. This improves the energy resolution. A resolution of 0.86 % at 5.1 MeV is possible. The characterization of the events is also used for the suppression of the detector background. Due to different conditions for an assumed alpha event the majority of the events which disturbs the measurement could be removed. So it is possible to suppress the background in the range between 1 MeV to 2.2 MeV of 435 events per day without the characterization to 21.6 events per day with characterization, which is a factor of roughly 20. The detection efficiency is not noticeably effected. For sufficiently long measurements a lowest limit of detection of 10 counts per day is expectable. For a target geometry which can be used with this setup, about 50 alpha decays of 144Nd per day will occur. With a detection efficiency a bit below 50 % the measurement on Nd should be possible.
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