Παραμετρική μελέτη της γεωμετρίας δείγματος για την ανίχνευση 210Pb σε δείγματα χώματος μικρού όγκου

Χαβιάρας, Δημήτρης; Chaviaras, Dimitris

dc.contributor.author	Χαβιάρας, Δημήτρης	el
dc.contributor.author	Chaviaras, Dimitris	en
dc.date.accessioned	2015-07-13T10:11:25Z
dc.date.available	2015-07-13T10:11:25Z
dc.date.issued	2015-07-13
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/40957
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.9912
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/gr/	*
dc.subject	γ-φασματοσκοπία	el
dc.subject	210Pb	el
dc.subject	Αβεβαιότητα μέτρησης	el
dc.subject	Κατά βάθος κατανομή	el
dc.subject	Χώμα	el
dc.subject	Pb-210	el
dc.subject	gamma-spectroscopy	en
dc.subject	Lead-210	en
dc.subject	Measurement uncertainty	en
dc.subject	Depth profile	en
dc.subject	Soil	en
dc.title	Παραμετρική μελέτη της γεωμετρίας δείγματος για την ανίχνευση 210Pb σε δείγματα χώματος μικρού όγκου	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Πυρηνικά μετρητικά συστήματα	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-04-07
heal.abstract	Στο Εργαστήριο Πυρηνικής Τεχνολογίας του ΕΜΠ πραγματοποιούνται συστηματικά μετρήσεις της συγκέντρωσης φυσικών και τεχνητών ραδιενεργών ισοτόπων στο έδαφος. Σε αυτό το πλαίσιο μελετάται και η συγκέντρωση του ισοτόπου 210Pb στο χώμα, η κατά βάθος κατανομή του οποίου παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον, καθώς – εκτός των άλλων – μπορεί να χρησιμοποιηθεί και στη μελέτη της μεταφοράς του επιφανειακού χώματος που συνδέεται με φαινόμενα διάβρωσης του εδάφους και ιζηματογένεσης. Ο προσδιορισμός του 210Pb σε δείγματα εδάφους με γ-φασματοσκοπικές μεθόδους πραγματοποιείται μέσω των φωτονίων χαμηλής ενέργειας (46.52 keV) που εκπέμπει και παρουσιάζει δυσκολίες, λόγω της ισχυρής αυτοαπορρόφησης των φωτονίων αυτών, ειδικά σε δείγματα μεγάλου όγκου. Επιπλέον, η ύπαρξη στο δείγμα άλλων ραδιενεργών ισοτόπων, τόσο φυσικών (π.χ. της σειράς του 238U, του 232Th και του 40K) όσο και τεχνητών (π.χ. 137Cs), οδηγεί στην αύξηση του συνεχούς υποστρώματος στην ενεργειακή περιοχή ανίχνευσης των φωτονίων του 210Pb, με συνακόλουθη αύξηση, τόσο του κατωτέρου επιπέδου ανίχνευσης του ισοτόπου, όσο και της αβεβαιότητας κατά τον ποσοτικό προσδιορισμό του. Τέλος, ένα άλλο θέμα που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τη μελέτη της κατά βάθος κατανομής του 210Pb είναι η κατά το δυνατόν μείωση του απαιτούμενου όγκου χώματος, προς διευκόλυνση της διαδικασίας δειγματοληψίας. Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η δυνατότητα πραγματοποίησης αναλύσεων εδάφους για τον προσδιορισμό 210Pb, χρησιμοποιώντας μικρού όγκου δείγματα. Μελετήθηκαν μία σειρά από διαφορετικές κυλινδρικές γεωμετρίες δείγματος όγκου (9 – 97 cm3), ενώ οι αναλύσεις πραγματοποιήθηκαν σε δύο από τα ανιχνευτικά συστήματα που διατίθενται στο ΕΠΤ-ΕΜΠ: (i) Low Energy Germanium (LEGe) και (ii) Extended Range Germanium (XtRa), το οποίο διαθέτει σύστημα Compton Suppression για μείωση του συνεχούς υποστρώματος. Η σύγκριση των διαφορετικών γεωμετριών πραγματοποιήθηκε τόσο πειραματικά, με τη μέτρηση τυπικών δειγμάτων τα οποία παρασκευάσθηκαν, όσο και με χρήση προσομοιώσεων Monte Carlo. Οι διάφορες γεωμετρίες αξιολογήθηκαν με μία σειρά από κριτήρια, με σκοπό την επιλογή της γεωμετρίας εκείνης που παρέχει τα πλέον ικανοποιητικά αποτελέσματα σε όρους: ρυθμού καταμέτρησης, αβεβαιότητας μέτρησης, κατώτερου ορίου ανίχνευσης, απόδοσης, αυτοαπορρόφησης και όγκου δείγματος. Η σύγκριση των διαφόρων γεωμετριών υπέδειξε μία από αυτές ως βέλτιστη, η οποία χρησιμοποιήθηκε σε μια νέα κατά βάθος δειγματοληψία χώματος από την περιοχή της Πολυτεχνειούπολης Ζωγράφου. Τα δείγματα συσκευάστηκαν στη νέα γεωμετρία, αναλύθηκαν στον ανιχνευτή LEGe, και έγινε ποσοτικός προσδιορισμός των 210Pb, 234Th και 226Ra, έπειτα από κατάλληλη βαθμονόμηση με τεχνικές Monte Carlo. Προέκυψε το συμπέρασμα ότι η νέα γεωμετρία καλύπτει τις ανάγκες ανάλυσης των ισοτόπων 210Pb και 226Ra σε δείγματα χώματος μικρού όγκου.	el
heal.abstract	The Nuclear Engineering Laboratory of NTUA systematically conducts measurements for the determination of natural and artificial radionuclides in soil. Lead-210 is one of the isotopes studied, the soil depth profile of which is of particular interest, since - among other things - it can be used to study the transport of surface soil associated with erosion and sedimentation. The quantification of 210Pb in soil samples is performed using gamma spectroscopic methods. The low energy gamma photons emitted by the isotope (46.52 keV) present practical difficulties, as the phenomenon of self-absorption is strongly present, especially in large volume samples. In addition, a sample may contain other radioactive isotopes, both naturally occurring (e.g. radionuclides of the 238U and 232Th series and 40K) as well as artificial ones (e.g. 137Cs). This leads to an increase of the background continuum, which subsequently raises the Minimum Detectable Activity. Another issue that should be taken into account when studying the depth profile of 210Pb, is the reduction of the required soil volume, to facilitate the sampling process. This work examines the feasibility of using small volume samples for the quantification of 210Pb in soil. Different cylindrical volume geometries (9 – 97 cm3) were examined, and analyses were conducted on two detectors: (i) Low Energy Germanium (LEGe) and (ii) Extended Range Germanium (XtRa), which has been equipped with a Compton Suppression System. The comparison of the various geometries was performed both experimentally, by analyzing typical samples, as well as by using Monte-Carlo simulation techniques. The geometries were evaluated by qualitative and quantitative criteria, in order to select the one which provides the most satisfactory results in terms of: count rate, measurement uncertainty, Minimum Detectable Activity, efficiency, self-absorption and volume. The comparison of the various geometries highlighted one of them as optimal, which was used in a soil core depth sampling within Zografou Campus. Samples of the new geometry were created and analyzed using the LEGe detector. The radioactivities of the isotopes 210Pb, 234Th και 226Ra were determined, after appropriate calibrations using Monte Carlo methods. In conclusion, the new geometry fulfills the analyzing needs of the isotopes 210Pb και 226Ra in low volume soil samples.	en
heal.advisorName	Αναγνωστάκης, Μάριος	el
heal.committeeMemberName	Πετρόπουλος, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Ρούνη, Παναγιώτα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Πυρηνικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	210 σ.
heal.fullTextAvailability	true