Nyalábszaggatós PGAA

Bevezetés


A prompt-gamma aktivációs analízisben (PGAA) a besugárzás alatt radionuklidok is keletkezhetnek, amelyek bomlási γ-csúcsait szintén megtaláljuk a spektrumban és felhasználhatjuk mennyiségi analízisre. Azonban a prompt-spektrumban található sok csúcs és az ezzel összefüggő magasabb alapvonal rontja a csúcsterület-meghatározás pontosságát és növeli a kimutatási határukat. Ezért előnyös a bomlási γ-fotonok elkülönítése, kihasználva időfüggésüket. A nyalábszaggató ezt teszi lehetővé. Az aktivációs fázisban, amikor a nyalábot átengedi, a szokásos prompt-gamma spektrumot mérhetjük, míg a zárt fázisban csak a bomlási γ-sugárzást detektáljuk, jelentősen alacsonyabb háttéren.

A Budapesti Neutron Centrum kivezetett nyalábján telepített nyalábszaggatós PGAA módszernek számos előnye van a rövid- és közepes felezési idejű nuklidok mérésekor:
  1. teljesen elkerülhető az epitermikus neutronok okozta aktiváció
  2. a viszonylag nagy minta-detektor távolság kiküszöböli a koincidencia effektusokat és alacsony holtidőt garantál
  3. a minta végig fix helyen van, így a mintamozgatásból eredő hibákat teljesen elkerüli
  4. a felezési idő nem határolja be az elérhető statisztikai pontosságot, hiszen az aktivitás a mérés alatt csaknem állandó
  5. segít szétválasztani a prompt- és a bomlási eseményeket, alacsonyan tartva az alapvonalat.
A technikával parciális gamma-keltési hatáskeresztmetszeteket (σγ) és az ebből származtatható ún. k0 faktorokat határoztunk meg 15 radionuklidra, azok sztöchiometrikus vegyületeit felhasználva. Az eredmények néhány százalék pontosak. A módszerünk elkerüli a hagyományos neutronaktivációs analízis néhány lehetséges hibaforrását, így csökkentve az eredmények esetleges szisztematikus hibáját. A mért adatok jól egyeznek az irodalmi értékekkel.
PGAA-NIPS facility with the beam chopper
A Budapesti PGAA-NIPS berendezés a nyalábszaggatóval

A berendezés


A közelmúltban egy továbbfejlesztett nyalábszaggató rendszert helyeztünk üzembe a Budapesti Kutatóreaktor mellett működő PGAA berendezésnél. Egy elektronikai modul vezérli a nyalábszaggatót és kapujeleket biztosít a fázisok elkülönítéséhez.Két adatgyűjtő rendszert is teszteltünk, egy analóg láncot és a XIA digitális spektrométerét. A mérés alatt két spektrumot gyűjtünk felváltva, a nyitott és zárt fázisokban külön-külön.

A forgó tárcsa négy negyedéből két-két nyitott és zárt. Utóbbi neutronelnyelő 6Li polimerrel van bevonva. A tárcsa külső átmérője 84.0 mm, a forgási frekvencia akár a 60 Hz-et is elérheti. A nyalábszaggató és a minta közti távolság 375 mm. Az időzítést a tárcsára szerelt diódák biztosítják.
Chopper disk layout
A nyalábszaggató tárcsa rajza

Analitikai alkalmazások

A módszer egyik célja, hogy a kimutatási határt csökkenteni, a szelektivitást pedig javítani lehessen számos elemre. Noha a hasznos jel kisebb, mint a folyamatos aktiválás esetén, a háttér csökkenése ezt túlkompenzálja, így összességében kedvezőbb jel/zaj viszont érhetünk el. Egy mérési sorozattal térképeztük fel, melyek a legígéretesebb elemek: F, Na, Al, Sc, V, Mn, Br, I, Ag, In, Hf, és Yb esetén bíztatóak az eredmények. A 40-50 nuklid többsége azonban túl kis intenzitású bomlási csúcsot ad, így csak speciális esetekben javul a kimutatási határ.

ChopperDL.png

Nukleáris adatok mérése

A módszer fontos méréstechnikai kapocs a PGAA és az NAA között, hiszen ugyanazt a mennyiséget mérhetjük meg két teljesen különböző módon, így felfedhetjük az adatokban lévő esetleges szisztematikus hibákat. Parciális gamma-keltési hatáskeresztmetszeteket és k0-faktorokat határoztunk meg 15 radionuklidra, pl. 20F, 24Na, 28Al, 38mCl, 38Cl, 56Mn, 46Sc, 80Br, 82Br, 127I, 179m1Hf, 187W, 108Ag, 110Ag.

Sikerrel alkalmaztuk a módszert a radioaktív hulladékkezelésben és a transzmutációban fontos nuklidok hatáskeresztmetszet-mérésére. Mind a parciális, mind a teljes hatáskeresztmetszeteket meghatároztuk a 129I és a 99Tc nuklidokra, míg az 241Am kísérlet a közeljövőben várható.

Hivatkozások

  1. Zs. Révay, T. Belgya, L. Szentmiklósi, G. L. Molnár: Prompt gamma activation analysis using a chopped neutron beam, J. Radioanal. Nucl. Chem. 264 (2) (2005) 277-281
  2. G. L. Molnár, Zs. Révay, L. Szentmiklósi: New perspectives for very short-lived neutron activation analysis, J. Radioanal. Nucl. Chem. 262 (1) (2004) 157-163
  3. L. Szentmiklósi, Zs. Révay, T. Belgya: Measurement of partial gamma-ray production cross-sections and k0-factors for radionuclides with chopped-beam PGAA, Nucl. Instr. Meth. A 564 (2006) 655-661
  4. L. Szentmiklósi, Zs. Révay, T. Belgya: An improved beam chopper setup at the Budapest PGNAA-NIPS facility, Nucl. Instr. Meth B 263 (2007) 90–94
  5. T. Belgya, Z. Révay, L. Szentmiklósi: Determination of Thermal Neutron Capture Cross Sections Using Cold Neutron Beams at the Budapest PGAA and NIPS Facilities, Proc. 12nd International Conference on Capture Gamma-Ray Spectroscopy and Related Topics, University of Notre Dame, Indiana, USA, Edited by Aprahamian, A. (AIP 2005)

Kapcsolattartó

További információkért kérjük forduljon Szentmiklósi Lászlóhoz.