Методе за израчунавање ефеката коинцидентног сумирања у гама спектроскопији

Abstract

У овој докторској дисертацији разматрано је коинцидентно сумирање које се јавља у гама спектрометрији. Развијен је нов метод за одређивање брзина бројања у гама спектрима радионуклида код којих се каскадна деексцитација језгра одвија истовремено са каскадном деексцитацијом атомског омотача. Метод је успешно примењен на радионуклиде церијума 139Ce, кобалта 57Co, баријума 133Ba и европијума 152Eu. Ефекти коинцидентног сумирања настају када се распадом неког језгра у каскадним прелазима емитују два или више фотона, у кратком временском интервалу, краћем од времена разлагања детектора, а као резултат, детектор их третира као једну интеракцију, тако да ће енергетски трансфер представљати суму трансфера појединачних интеракција (сумациони пик). То доводи до повећања одброја у сумационом пику али и до смањења одброја у фотопиковима каскадних фотона. Примена аналитичког приступа проблему коинцидентног сумирања даје могућност да се предвиде сви сумациони пикови који се могу појавити у спектру. Овим приступом се може одредити активност извора директно без калибрације детектора, што је веома значајно у метрологији радионуклида. Односно, на основу вредности површина пикова у спектру и познавањем вероватноћа прелаза између побуђених стања језгра, могуће је одредити и ефикасности детекције и активност радиоактивног извора. Дисертација је обухватила анализу и модификацију постојећих метода за решавање проблема коинцидентног сумирања увођењем новог метода са једноставнијом алгебром. Нов аналитички приступ који смо развили описан је у шестом поглављу дисертације. Након једноставних аритметичких операција може се добити систем једначина брзина бројања за одређивање ефикасности детекције и активности радионуклида. Значај новог метода је што на једноставан начин даје прорачун доприноса ефеката коинцидентног сумирања. Пошто се резултати добијају на јаснији начин, нов приступ је много лакши за практичну употребу. Дисертација обухвата и успешну примену новог метода на радионуклидима који се користе у реалним експериментима. Дат је детаљан опис метода од формирања одговарајућих матрица до коначног резултата...

This thesis considers the coincidence summing that occurs in gamma spectroscopy. A new method has been developed for deriving the counting rate for gamma spectra of radionuclides in which the nucleus de-excitation cascade takes place simultaneously with the cascade de-excitation of the atomic layer. This method is successfully applied to the decay of radionuclides 139Ce, 57Co, 133Ba and 152Eu. The coincidence summing effects occur whenever two or more cascading photons are emitted from the same nucleus and detected within the resolving time of spectrometer. As a result, the spectrometer treats them as one interaction, so that the energy transfer represents the sum of the transfers of individual interactions (summation peak). This leads to an increase of counts in summation peaks as well as the reduction of counts in full-energy peaks of casscading photons. The application of analytical approaches to coincidence summing effects makes it possible to predict all summation peaks that occur in the spectrum. This approach also allows us to determine the activity of sources directly without calibration of the detector, which is very important in metrology of radionuclides. Accordingly, based on the value of the peak area in the spectrum and knowledge of probability transitions between excited states of a nucleus, it is possible to determine the efficiency of detection and activity of radioactive sources. The dissertation includes an analysis and modification of the existing methods for solving the problems of coincidence summarizing by introducing the new method with simpler algebra. The new analytical approach that we have developed is described in the sixth chapter of the thesis. Following simple arithmetic operations, the system counting rate equation can be obtained for the determination of the detection efficiency and radionuclide activity. The importance of the new method is that it gives, in a simple way, an estimate of contribution of coincidence summing effects. Since the results are obtained in a clearer way, the new approach is much easier for practical use. The dissertation also...