Προσδιορισμός του ολικού γραμμικού συντελεστή εξασθένισης φωτονίων μ με χρήση πειραματικών τεχνικών και τεχνικών προσομοίωσης Monte-Carlo

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας ήταν η μελέτη του φαινομένου της αυτοαπορρόφησης κατά τη γ-φασματοσκοπική ανάλυση στην περιοχή χαμηλών ενεργειών, και συγκεκριμένα, η διαφορετική αυτοαπορρόφηση μεταξύ της πηγής βαθμονόμησης και του αναλυόμενου δείγματος. Συνέπεια αυτού είναι ότι η απόδοση ανίχνευσης των φωτονίων που υπολογίζεται από την πηγή βαθμονόμησης διαφέρει από την απόδοση που υπολογίζεται κατά την ανάλυση του δείγματος. Για την αντιμετώπιση του φαινομένου χρησιμοποιήθηκε κατάλληλος συντελεστής αναγωγής της απόδοσης η λόγω αυτοαπορρόφησης, και σύμφωνα με τη μεθοδολογία υπολογισμού του η που ακολουθήθηκε, η μοναδική παράμετρος που πρέπει να υπολογιστεί είναι ο ολικός γραμμικός συντελεστής εξασθένισης φωτονίων μ. Συνεπώς, ως σκοπός της ΔΕ τέθηκε ο προσδιορισμός, με τον ακριβέστερο δυνατό τρόπο, του συντελεστή μ. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας, αρχικά ελέγχθηκε η ισχύουσα πειραματική γεωμετρία, η οποία χρησιμοποιείται στο ΕΠΤ-ΕΜΠ (Εργαστήριο Πυρηνικής Τεχνολογίας του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου), για τον προσδιορισμού του συντελεστή μ, και τα αποτελέσματα δεν κρίθηκαν ικανοποιητικά για κάθε ενέργεια-ισότοπο που εξετάστηκε. Για το λόγο αυτό, προσομοιώθηκε η πειραματική γεωμετρία, και μέσω του κώδικα προσομοίωσης Monte Carlo PENELOPE, ακολούθησαν δοκιμές προκειμένου να βρεθούν νέες γεωμετρίες για ακριβέστερο υπολογισμό του συντελεστή μ. Χρησιμοποιώντας ως υπόδειξη τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων και επιβεβαιώνοντάς τα μέσω πειραμάτων, προτάθηκαν οι βέλτιστες πειραματικές γεωμετρίες για τον προσδιορισμό του συντελεστή μ για κάθε ενέργεια που εξετάστηκε. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας τις ευρεθείσες τιμές του συντελεστή μ, εκτιμήθηκε με ικανοποιητική ακρίβεια ο συντελεστής αναγωγής απόδοσης η λόγω αυτοαπορρόφησης, ενώ πραγματοποιήθηκε και ανάλυση ευαισθησίας, διερευνώντας κατά πόσον η ανακρίβεια στον υπολογισμό του συντελεστή μ, επηρεάζει τον υπολογισμό του συντελεστή η. Τέλος, στα πλαίσια της εργασίας, εισήχθη μέθοδος υπολογισμού του συντελεστή η, η οποία βασίζεται αμιγώς σε τεχνικές προσομοίωσης.

The aim of this thesis was to study the phenomenon of self-absorption in gamma spectroscopic analysis in the area of low photon energy, and specifically, the fact that the self-absorption which is taking place in the calibration source is different to the one in the sample. Due to this, the detection efficiency of photons calculated from the calibration source differs from the one that is calculated when analyzing the sample. To address the phenomenon, an appropriate self-absorption correction factor (η) was used, and according to the methodology of its calculation, the only parameter to be estimated is the total linear attenuation coefficient (μ). Therefore, the purpose of the thesis was to estimate experimentally, as precisely as possible, the coefficient μ. Initially in the present work, the current experimental geometry was evaluated, as it is used at the NED-NTUA (Nuclear Engineering Department of the National Technical University of Athens), for the calculation of the coefficient μ, and results were not considered satisfactory for all the photon energies-isotopes examined. Subsequently, the experimental geometry was simulated and by the use of the Monte Carlo simulation code PENELOPE, several tests were performed, in order to find new geometries for more accurate calculation of the coefficient μ. Using the results of those simulations as a hint and confirming them through experiments, the optimal experimental geometries were proposed, for estimating the coefficient μ at any photon energy examined. Then, using the values of the coefficient μ found, the self-absorption correction factor (η) was estimated with sufficient accuracy. The estimation was followed by a sensitivity analysis, in order to evaluate in what extend the inaccuracy in the calculation of the coefficient μ, affects the calculation of the factor η. Finally, within this work, a method of calculating the self-absorption correction factor (η) was introduced, using entirely simulation techniques.