Προδιορισμός συντελεστών διόρθωσης απόδοσης ανιχνευτή HPGe λόγω του φαινομένου της πραγματικής σύμπτωσης, μέσω προσομοίωσης Monte-Carlo

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η βαθμονόμηση απόδοσης φωτοκορυφής του ημιαγωγού ανιχνευτή Γερμανίου (Ge) του Εργαστηρίου Πυρηνικής Τεχνολογίας του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου (Ε.Π.Τ.-Ε.Μ.Π.) καθώς και ο υπολογισμός των αντίστοιχων συντελεστών διόρθωσης ως προς το φαινόμενο της πραγματικής σύμπτωσης. Για τη βαθμονόμηση χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος προσομοίωσης Monte Carlo και πιο συγκεκριμένα ο κώδικας PENELOPE. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης συγκρίθηκαν με αυτά που προέκυψαν από τις πειραματικές μετρήσεις στην ανιχνευτική διάταξη. Πειράματα και προσομοιώσεις διεξήχθησαν για πλήθος σημειακών πηγών αλλά και για πηγές όγκου, οι οποίες ενδιαφέρουν ιδιαίτερα την ερευνητική δραστηριότητα του εργαστηρίου. Προσδιορίστηκαν οι ακριβείς διαστάσεις του κρυστάλλου του ανιχνευτή, οι τιμές των οποίων είτε δεν δίνονταν από τον κατασκευαστή είτε δίνονταν κατ’εκτίμηση. Υπολογίστηκε η απόδοση φωτοκορυφής, η ολική απόδοση και ο λόγος ολικής απόδοσης - απόδοσης φωτοκορυφής για μια σειρά ενεργειών-ισοτόπων. Εκτιμήθηκαν με χρήση του προγράμματος TrueCoinc οι συντελεστές διόρθωσης λόγω του φαινομένου της πραγματικής σύμπτωσης και εφαρμόστηκαν για τη διόρθωση της τιμής της ραδιενέργειας σε δείγμα 134Cs. Διερευνήθηκε η εξάρτηση της απόδοσης του ανιχνευτή από τις παραμέτρους της προσομοίωσης και πιο συγκεκριμένα μελετήθηκε η επίδραση της ενεργειακής διαμέρισης που επιλέγεται στον υπολογισμό της απόδοσης φωτοκορυφής. Μελετήθηκαν ακόμα φαινόμενα όπως αυτό της ακτινοβολίας πέδησης (bremsstrahlung) και αναπτύχθηκε μεθοδολογία υπολογισμού της απόδοσης για περιπτώσεις όπου η επίδραση του φαινομένου είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν συνέβαλλαν στην εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων σε σχέση με τη διαδικασία βαθμονόμησης ανιχνευτών και θα αξιοποιηθούν στην περαιτέρω δραστηριότητα του εργαστηρίου, ιδιαίτερα στη μελέτη και ανάλυση ραδιενεργών δειγμάτων όγκου.

The aim of this thesis is the full-energy peak efficiency calibration of the semiconductor Germanium detector that is settled in the Nuclear Engineering Department of the National Technical University of Athens (N.E.D.-N.T.U.A.) and the calculation of the true coincidence correction factors. The Monte Carlo simulation technique and the code PENELOPE were used for the calibration. Simulation results were compared to the results derived from experimental calculations. Experiments and simulations were carried out for several point sources as well as for volume sources, which are of great interest regarding the research activity of the particular Lab. The dimensions of the Germanium crystal of the detector, which were only estimated or not given at all by the manufacturer, were defined. Peak efficiency, total efficiency and peak to total ratio were calculated for a wide range of energies-isotopes. Using the TrueCoinc program, true coincidence correction factors were derived and then applied for the correction of the 134Cs radioactivity in a volume sample. The dependence of the peak efficiency on the simulation parameters was examined. Phenomena such as the Bremsstrahlung effect were studied while a method was developed and applied in order to take into account these effects. Useful conclusions regarding the calibration procedure were derived. Results obtained will be used in the future research activity of the Nuclear Engineering Department of the National Technical University of Athens, especially in the gamma spectroscopic analysis of radioactive volume samples.