Examensarbete: Modellering av bakgrunden i en gamma-gamma koincidensdetektor

Bakgrund

Radionuklider i atmosfären monitoreras regelbundet genom spektroskopisk analys av filterprover samt fällor för ädelgas. Naturliga och artificiella radioaktiva nuklider kan på det sättet detekteras. De senare är av intresse för beredskap vid nukleära olyckor såväl som för verifiering av internationella åtaganden inom nedrustning. Ett exempel på ett sådant åtagande är verifiering av det fullständiga provstoppsavtalet som kommer att förbjuda kärnvapenprovsprängninar då det träder i kraft. En koincidensdetektor har multipla detektionselement och kan registrera flera gamma simultant från samma sönderfall. Detta kan användas för att minska känsligheten från bakgrund.

Gammaspektrometri används för att detektera radionuklider i luftfilter. Nuklider med prominent gammaemission kan detekteras och deras aktivitet kan bestämmas. Ett viktigt mått på mätsystemets prestanda är Minsta Detekterbara Aktiviteten (MDA). Detta är den minsta aktivitet i ett prov som man kan förvänta sig att resultera i en signifikant detektion. Avgörande för MDA är effektivitet hos detektorn, energiupplösning, samt bakgrundnivåer. Bakgrundskällor inkluderar kosmisk bakgrund och naturliga samt artificiella nuklider i vår omgivning. Särskilt kan nämnas att detektion kräver att antalet registrerade gammafotoner i en fullenergitopp är signifikant ovanför bakgrunden i samma energiregion. Det betyder att det är viktigt att förstå och kunna modellera bakgrunden. Dels för att kunna designa effektiv avskärmning av densamma. Men också för att kunna utveckla och förbättra mätuppställningar med förbättrad MDA.

Dina Uppgifter

• Instudering på gammaspektroskopi och Monte Carlo simulering.
• Mätning genomförs av typiskt bakgrundsspektrum, med och utan luftfilter placerat i position framför detektor.
• Med hjälp av simuleringskod utvecklad med strålningstransportkoden Geant4 modelleras detektorn och källor till bakgrund.
• Kvantitiativ jämförelse mellan kontinuum i uppmätta och simulerade spektrum.
• Anpassning av nuklidaktiviteter i bakgrundsmodell.

Kvalifikationskrav

Du är behörig att genomföra examensarbete på Masternivå i exempelvis fysik, teknisk fysik, energisystem, eller något motsvarande.

Utrustning

I detta projekt ges tillgång till en spektroskopisk detektor av högren germanium (HPGe) som är placerad i en skärmande grotta av bly. Dessutom ges access till datorkluster och/eller simuleringsprogram för ändamålet. Arbetet görs med fördel på avdelningen för tillämpad kärnfysik, eller om tillfälle ges med experiment hos extern samarbetspartner.

Deliverables

• Validerad modell i simuleringskoden som beskriver bakgrunden vid mätning.
• Examensarbetesrapport

Handledning

Peter Andersson (peter.andersson@physics.uu.se) på avdelningen för tillämpad kärnfysik, möjligen någon extern samarbetspatner om mätningar kan göras där.