Niskotłowy, cyfrowy spektrometr promieniowania gamma z osłoną aktywną w zastosowaniach do badań śladowej radioaktywności

Abstract

Spektrometria promieniowania γ należy do jednej z najbardziej rozpowszechnionych technik spektrometrii promieniowania jonizującego i znajduje zastosowanie w różnych dziedzinach nauki, przemysłu oraz medycyny. Uniwersalność tej techniki przejawia się w możliwości badania obiektów charakteryzujących się zarówno niskimi jak i wysokimi aktywnościami izotopów promieniotwórczych emitujących kwanty γ z szerokiego spektrum energetycznego. W przypadku badań materiałów o niskich aktywnościach radionuklidów (np. na potrzeby badań środowiskowych), kluczowe staje się osiąganie odpowiednio niskich limitów detekcji, umożliwiających oznaczenie szukanych izotopów promieniotwórczych obecnych w mierzonych próbkach. Cel ten osiągany jest m.in. poprzez zastosowanie odpowiednich detektorów, elektroniki spektrometrycznej, jak również specjalnie skonstruowanych osłon - pasywnych oraz aktywnych. Głównymi celami niniejszej rozprawy było skonstruowanie niskotłowego, cyfrowego spektrometru promieniowania gamma, oraz stworzenie oprogramowania służącego do analizy generowanych danych pomiarowych. Następnie, wykorzystując przygotowanie stanowisko badawcze, wykonano serię pomiarów wyselekcjonowanych próbek charakteryzujących się niskimi aktywnościami radioizotopów. Ponadto, w wyniku zastosowania cyfrowego systemu akwizycji danych, możliwym stało się rozszerzenie potencjału badawczego spektrometru promieniowania gamma, poprzez zastosowanie wielorakiej eksploracji gromadzonych danych pomiarowych, co pozwoliło na zapoczątkowanie monitoringu intensywności strumienia mionów promieniowania kosmicznego, rejestrowanego przez detektory osłony aktywnej spektrometru.

Gamma-ray spectrometry is one of the most widespread ionizing radiation spectrometry technique and it finds application in various fields of science, industry and medicine. The versatility of this technique manifests itself in the possibility of testing objects characterized by both low and high radionuclides’ activities and emitting γ quanta from the wide range of energy spectrum. In the case of measurements of low-radioactive materials (e.g. in the field of environmental research), it is crucial to achieve sufficiently low detection limits in order to identify radioactive isotopes present in measured samples. This goal is achieved, among others, through the utilization of appropriate detectors, signal processing electronics as well as specially constructed shields - both passive and active. The main goals of this dissertation were construction of a low-background, digital gamma - ray spectrometer and development of purposely written software for analyzing generated measurement data. Then, utilizing set up scientific device, a series of measurements of selected samples characterized by low radioisotopes’ activities were performed. In addition, as a result of utilization of a digital data acquisition system, it has become possible to expand the research potential of the gamma - ray spectrometer, by using manifold ways of exploration of collected measurement data, what allowed to initiate monitoring of cosmic-ray muons flux registered by active shield’s detectors.