In-Situ-Spektroskopie: Antwort auf schwierige Fragen
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In-situ-Spektroskopie kann mit großen Herausforderungen einhergehen. Wir haben bei MIRION eine Expertengruppe zusammengestellt, um eine Reihe schwieriger Fragen zu beantworten und fundierte Empfehlungen zu geben. Sehen Sie selbst, was unser Gremium über In-situ-Anwendungen und die zugehörige Technologie zu sagen hat.
Moderiert wurde diese F&A-Session von Kara Phillips, Produktlinienmanagerin für Gammaspektroskopie-Software und Serviceleistungen bei MIRION.
F: Bitte sagen Sie uns, welche Empfehlungen für die Modellierung gegeben werden.
Nasser Rashidifard ist bei MIRION als Application Support Manager für Detektionsmessungen zuständig.
Nasser: Für die Modellierung einer mathematischen Kalibrierung müssen Sie immer sicherstellen, dass Sie die engste Übereinstimmung erzielen. Meine Erfahrung rührt grundsätzlich immer vom Umgang mit Komponenten komplexer Anlagen her. Ich verwende viel Prozesswissen darauf, zu bestimmen, wo der Quellbegriff zu suchen ist, ob er an einem Auftreffpunkt liegt oder ob eine poröse Oberfläche vorhanden ist. Uns stehen in den Softwarelösungen ISOCS™ und LabSOCS™ eine Reihe von Geometrien zur Verfügung, die verschiedene Homogenitäten abdecken und Aspekte wie Dämpfungskoeffizienten, Relaxationslängen, Aktivierung und Beton sowie die daraus resultierende Dämpfung berücksichtigen. Wenn ich bei ISOCS oder LabSOCS kein Modell finde, wähle ich auf der Grundlage meines Prozesswissens grundsätzlich immer das Modell aus, das der wahrscheinlichen Lokalisierung der Kontamination am nächsten kommt.
Manchmal muss man sich einige Absorberparameter ansehen und diese einbeziehen. Einmal hatte ich es beispielsweise mit einem Feuchtigkeitsabscheider für einen Druckwasserreaktor (PWR) zu tun. Der Auftreffpunkt sollte auf den inneren Riffelplatten liegen, mit denen der Dampf zuerst in Berührung kommt. Wir konnten nicht alle Elemente auf einmal untersuchen, also haben wir anhand der ISOCS-Modellierung überprüft, ob er dort tatsächlich lag. Wenn viel Aktivität entweder weit weg oder in der unmittelbaren Nähe vorliegt, wird man die gleiche Anzahl an Zählungen bekommen. Also müssen wir so realistisch wie möglich sein und einen gewissen konservativen Rahmen berücksichtigen. Wir haben von dieser Methodik und unserem gesamten Prozesswissen Gebrauch gemacht, um zu bestimmen, wo der Quellterm liegen würde. Schließlich haben wir in den betreffenden Abständen und nach Kompensation der Wandstärke eine planare Quelle zugeordnet und die Messungen durchgeführt. Unsere Modellierung war schließlich erfolgreich, was wir durch Nachuntersuchungen während des Schneidprozesses zur Entsorgung bestätigen konnten.
Sie müssen bei Ihren Parametern sehr sorgfältig sein. Wenn Sie online Container bestellen, kann Ihnen der Anbieter mitteilen, dass sie eine bestimmte Kunststoffdichte enhalten. In manchen Fällen habe ich Abweichungen festgestellt oder man sendet Ihnen in etwa gleichwertige Produkte, weil Sie großen Mengen bestellen. Sie hingegen wollen auf der sicheren Seite sein und gewissenhaft vorgehen. Deshalb habe ich Skalen erstellt und die Dichte der Container gemessen, um sie in diesen Modellen zu berücksichtigen.
F: Was ist mit den Empfehlungen zur Kalibrierung?
Nasser: Insbesondere bei der Verwendung von hochreinem Germanium brauchen Sie sich hinsichtlich der meisten Messgeräte keine Gedanken darüber zu machen, ob Sie für typische In-situ-Messungen 0-2 MeV oder 0-3 MeV verwenden. Sie nutzen 16.000 bis 32.000 Kanäle und um das Problem kümmert sich der Detektor. Möglicherweise müssen Sie diesen Parametern dann Aufmerksamkeit schenken, wenn Sie ein Szintillator-basiertes Detektionssystem oder ein CZT-System verwenden, das bei sehr hohen Energien nicht sonderlich gut abschneidet.
Ich verwende immer eine Multi-Line-Quelle. Die ISOCS-Detektoren werden mit einer Europium-/Natriumquelle geliefert, die einen großen Bereich abdeckt. Ich persönlich verwende bei meiner Arbeit Europium-152, und auch gemischte Gammaquellen bringen es immer. Wenn es zum Beispiel um die Konzentration von Uran oder Plutonium geht, also bei sehr niedrigen Freisetzungsgrenzen, bei potenziell hoher Unsicherheit und niederenergetischen Photonen, oder wenn gleich mehrere solcher Faktoren zusammenkomme – können Sie jederzeit ein repräsentatives Modell auswählen und einen Standard ausarbeiten. Bei Messungen auf der Grundlage Ihres Außerbetriebnahmeplans, in den Ihre Messungen eingebunden sind, können Sie auswählen, zu welchem Nuklid Sie alles Sonstige ins Verhältnis setzen möchten. Sie können dann die ISOCS-Software nutzen, um verschiedene Matrizen, Füllhöhen und Dichten zu erstellen, auf denen Sie dann aufbauen.
Halten Sie sich stets vor Augen: Schaffen Sie die bestmögliche Grundlage, das macht Ihre Messungen leistungsstark. Sie müssen sorgfältig damit umgehen und immer wieder die Grundlagen überprüfen, um sicherzugehen, dass Sie auf dem richtigen Weg sind.
F: Welche Art von Detektoren würden Sie für eine gegebene Anwendung jeweils verwenden?
Greg Landry ist Manager für Anwendungsunterstützung und Produktlinienmanager und gehört seit über 21 Jahren MIRION an.
Greg: Man muss natürlich zwischen Szintillatoren und HPGe-Detektoren unterscheiden. HPGe-Detektoren sind aufgrund der erreichbaren Auflösung immer die beste Wahl. Wenn Umgebungsbedingungen oder Budgetbeschränkungen ihre Verwendung ausschließen, sind Szintillatoren in manchen Fällen die beste Wahl.
Doch bleiben wir bei den Germaniumdetektoren: MIRION hat eine Reihe unterschiedlich konfigurierter Modelle entwickelt. Die Hauptunterschiede bei der Konfiguration liegen in der Lage der Kontakte in Bezug auf das, was Sie messen, und auf das Eingangsfenster des Detektors.
Eine der wichtigsten Überlegungen betrifft die Energie der Photonen, die Sie messen möchten. Wenn es Ihnen um besonders niederenergetische Photonen mit weniger als 40 keV geht, dann sollten Sie einen Germaniumdetektor mit breitem Energiespektrum oder einen mit Umkehrelektrode in Betracht ziehen. Wir haben auch einen spezialisierten Koaxialdetektor, den XtRa™, der auf der Vorderseite einen ausgesprochen niederenergetischen Eingang besitzt.
Wenn Ihre Erwägungen hinsichtlich der Energie Ihnen weniger Beschränkungen auferlegen und Sie sich hauptsächlich auf Messungen ab 40 keV konzentrieren, dann dürfte einer der verschiedenen Koaxialdetektoren für Sie interessant sein. Wir haben einerseits unsere einfachen Elektro-Germanium-Detektoren, gemeinhin als „Koax-Detektoren“ bezeichnet.
Eine weitere Überlegung ist der Form des Kristalls selbst zu widmen. Das Aspektverhältnis der Koax-Detektoren drückt sich tendenziell in der Form eines längeren Zylinders aus, während die Germanium-Detektoren mit breiter Energie eher einem flachen Planardetektor (flach im Verhältnis zu den Koax-Detektoren) gleichen. Wenn bei Ihrer Aufgabe die Effizienz durch den längeren Zylinder verbessert werden könnte, sollten Sie das unter Umständen berücksichtigen, sofern sich Ihr Interesse nicht auf den Bereich unter 40 keV richtet. Eine Ausnahme wäre unser Germaniumdetektor mit Umkehrelektrode (REGe™). Es handelt sich zwar um einen Koax-Detektor, doch grundsätzlich ist er kompatibel mit Niedrigenergie-Messungen bis hinab zu einer Handvoll KeV.
F: Bei einer One-Shot-Messung (offene Detektorgeometrie) vor Ort muss von der Homogenität der Aktivitätsverteilung ausgegangen werden. In der Praxis ist diese Annahme jedoch oft nicht unbedingt zutreffend und führt zu einer Verzerrung der Ergebnisse, insbesondere wenn der tatsächliche Aktivitätsort im konkreten Fall an einer extremen Kante oder im Zentrum liegt. Diese Vorspannung lässt sich mit einem größeren Abstand zwischen Detektor und Objekt reduzieren, allerdings wäre ein kleinerer Abstand zwischen Detektor und Objekt für die Zählstatistik und bessere MDA zu bevorzugen. Wie können wir den besten Kompromiss bei der Detektorabstandsentfernung berechnen, um gute Statistiken zu erzielen und zugleich die Möglichkeit einer inhomogenen Vorspannung zu minimieren?
Sean Stanfield ist Direktor für Messdienste und seit über 22 Jahren bei MIRION. Er hat einen Bachelor- und Master-Abschluss in Kerntechnik.
Sean: Dazu stehen Ihnen eine Reihe von Werkzeugen zur Verfügung, angefangen bei der ISOCS-Software. Sie können eine Empfindlichkeitsmodellierung vornehmen, sich dem Standort der Quelle durch Schätzungen annähern – und auch beides als heterogenes Verfahren nutzen. Anschließend können Sie anhand einer homogenen Modellierung auf der Grundlage des Detektorabstands versuchen besser zu verstehen, wo Ihre Messunsicherheiten liegen.
Sie können auch einige der genannten Vorspannungen berücksichtigen, nicht nur bei der Messung selbst, sondern auch hinsichtlich Ihrer Messungenauigkeit. Bei manchen unserer Prozesse können Sie anhand bestimmter Behälter oder In-situ-Objekte Ihre Messungenauigkeit für verschiedene Punkte abschätzen, an denen der Heißpunkt oder an denen die Aktivität bezüglich Ihres Detektors liegen könnte. In vielen Fällen ist dazu viel Modellierungs- und Vorarbeit erforderlich. Wenn Sie genügend Zeit haben, können Sie auch anhand einiger empirischer Daten versuchen zu verstehen, welche Punkte für die jeweilige Messung funktionieren könnten. Aber es würde einiges an vorbereitender Modellierungsarbeit erfordern, wohl am besten mit der ISOCS-Software, IUE oder anderen Arten von Modellierungswerkzeugen. In der Praxis sehen wir das häufig bei bestimmten Abfallmessungen. Wir modellieren verschiedene Lokalisierungen, also etwa in einem Fass, und ziehen diese Gesamt-Messunsicherheit in unser Messergebnis ein.
F: Nennen Sie einige der Vor- und Nachteile der Einrichtung eines Signifikanzschwellenwerts.
Greg: Der Signifikanzschwellenwert ist im Wesentlichen eine Empfindlichkeitseinstellung, die von der Detektorvorrichtung für den zweiten Differenz-Peak verwendet wird. Sein grundlegender Zweck besteht darin, Abfall ohne Peaks auszufiltern, so dass Sie sich auf Peaks konzentrieren können, die tatsächlich im Spektrum liegen. Wir empfehlen in der Regel 3 als Ausgangswert, da dieser einem Test auf kritischer Ebene nahekommt. Glücklicherweise haben wir im Schritt der Peakanalyse einen spezifischen Test für die kritische Ebene. Was die Beeinflussung dieses Parameters angeht, habe ich in der Praxis zwei Lösungen gesehen, bei denen der Wert nicht auf 3 belassen wurde. So kenne ich ein Beispiel, bei dem er für eine detaillierte Analyse auf etwa 2,5 gesenkt wurde, um einen Blick darauf zu werfen, was sich unterhalb der kritischen Ebene eventuell abspielt, bevor das auf der kritischen Ebene ausgesondert wird. Darüber hinaus erhöhe ich persönlich bei der Kalibrierung diesen Wert in ausreichendem Maße, um keinerlei Müll in meinen Kalibrierungsspektren zu haben, sondern nur die Kalibrierungsspitzen, auf die ich es abgesehen habe, zumindest für die Abschlussberichte.
F: Welche Fehlerfallen und Probleme begegnen uns besonders häufig?
Nasser: Ich werde oft mit Kisten oder Fässern konfrontiert, zu denen wir kein Vorwissen haben und für die wir vorab das Ausmaß des Risikos bewerten müssen. Wenn Sie vorab so viel Wissen über den Prozess wie möglich einholen, verringern Sie später Ihr Fehlerpotenzial erheblich. Das ist zum Beispiel dann der Fall, wenn Sie nichtradiologische Risiken etwa chemischer, biologischer oder medizinischer Abfälle kennen, welche Sie bei der Handhabung des Materials einschränken oder die mit unvorhergesehenen Sicherheitsrisiken einhergehen können. Das gilt auch für den Quellterm: Wenn Sie den nicht kennen, müssen Sie eine entsprechende Analyse durchführen oder eine Reihe von Prämissen bezüglich seiner Zusammensetzung entwickeln, etwa ob er verteilt oder diskret ist usw. Sind Ihre Prämissen zu konservativ, kann dies Ihre MDA und auch die Zählzeit erheblich erhöhen. Normalerweise wird bis zu einer Art Aktionsniveau oder einem abgeleiteten Konzentrationsleitwert (Derived Concentration Guideline Level, DCGL) oder einem Freisetzungslimit gezählt. Wenn Sie lange genug zählen, taucht praktisch alles in der Nuklidtabelle auf. Sie werden also lediglich bis zu dem Punkt zählen, an dem Sie den in Ihrer Studie vorgesehenen Wert erhalten.
Ein weiteres Problem, dem ich begegnet bin: Es ist oft nicht ausreichend viel Platz vorhanden, so dass man nicht um die Probe herumgehen kann. Wenn Sie den Vorteil haben, dass Sie das Material so ablegen oder konfigurieren können, dass Sie sich bequem und sicher um das Material herum bewegen können, dann können Sie sich die Mühe sparen, kundenspezifische ISOCS-Modelle im laufenden Betrieb zu erstellen. Sie können dann jedes Mal dieselbe konsistente Geometrie verwenden. Wird zum Beispiel der ISOCS-Wagen von einer Schwelle am Boden oder einer Biegung behindert müssen Sie improvisieren und die Ergebnisse dürften von den übrigen abweichen. Das kann weitere Fehler nach sich ziehen, was besonders dann problematisch ist, wenn eine Aufsichtsbehörde das überprüft und Sie die Abweichungen begründen müssen.
Es gibt noch weitere Probleme, mit denen ich häufig konfrontiert bin, darunter etwa Stromgeneratoren, die viel Rauschen in den Systemen erzeugen. Ich musste mitunter drei in Reihe geschaltete Spannungsstabilisatoren verwenden, weil der Strom aus dem Generator zu schmutzig war. Wenn Sie also die Möglichkeit haben, mit Gleichstrom (Direct Current, DC) zu arbeiten und ausschließlich Gleichspannungswandler zu verwenden wäre das vorzuziehen.
Temperaturverschiebungen. Sie werden eine Verschiebung bei der Kalibrierung der Energie beobachten, insbesondere in ISOCS-Vorrichtungen mit Flüssigstickstoff, bei denen eine hohe Kondensation auftritt. Die Kombination von 4.000 Volt und Kondensation kann jedoch problematisch sein. Das wären also einige Sicherheitsaspekte, die Sie beachten müssen.
Einige der gerätespezifischen Bedenken beziehen sich auf Hochrein-Germanium-Detektoren. Sie sind hinsichtlich der Auflösung und Leistung vor Ort die besten, aber sie sind auch komplex und groß. Sie benötigen daher ein bisschen mehr Pflege und Instandhaltung als einige ihrer Cousins aus der Familie der Szintillatoren. Andererseits sind Szintillatoren dann sehr praktisch, wenn Sie es mit einem einfachen Spektrum oder gängigen Nukliden zu tun haben. Doch vergessen die Leute manchmal, dass es sich um empfindliche Geräte handelt, die beschädigt werden, wenn man nicht aufpasst. Das waren also einige der Probleme, die ich bei der Auswahl der Instrumente für die Aufgabe berücksichtigen musste. Sie müssen Ihre Geräte gegebenenfalls auf das physische Layout Ihres Materials abstimmen. Wenn Sie nicht über viel Platz verfügen, sind Szintillatorlösungen möglicherweise das Richtige für Sie, da Sie auf so engem Raum keinen Germaniumdetektor einsetzen können. Doch wenn es die Umstände zulassen, ist Germanium immer meine bevorzugte Wahl.
F: Wenn der ISOCS-Wagen so montiert ist, dass der Detektor nach unten ausgerichtet ist, wie berücksichtige ich dann die Basis der Abschirmung des ISOCS-Wagens bei meiner Messung?
Greg: Die Charakterisierung und das Modell berücksichtigen das nicht. Ich würde nach Möglichkeit versuchen, den Detektor meines ISOCS-Wagens nicht nach unten zu richten. Wenn Sie jedoch eine zusätzliche Abschirmung vorsehen müssen, können Sie dafür einen der Absorber in Betracht ziehen. Sie müssen sehr nah rangehen, um eine ISOCS-Wagenkomponente mit einem als unendliche Ebene modellierten Absorber zu simulieren, aber ich denke, das ist Ihre beste Option. Wir haben ein Stativ im Angebot, das für ISOCS-Arbeiten verwendet wird, insbesondere bei Bodenmessungen vor Ort. Wenn man den Detektor mithilfe des Stativs nach unten richtet, würde das eventuelle Hindernisse im Weg des Detektors vollständig beseitigen, abgesehen von den kleinen Metallbeinen, die man meines Erachtens vernachlässigen kann. Näheres finden Sie auf unserer Webseite mit dem ISOCS-Zubehör für den Einsatz vor Ort.
nNasser: Das Messen nach unten kann immer schwierig sein. Je nach dem Baujahr des Wagens oder wenn Sie zum Beispiel einen Genie™-Lift verwenden kann die Bodenplatte aus Stahl oder Aluminium sein. Bei dieser Konfiguration messen Sie ungefähr in Brust- oder Taillenhöhe. Eine Stativlösung ist viel besser. Wenn Sie mit dem Detektor vor Ort eine 4π-Präsenz bewältigen können, dann können Sie unkollimiert nach unten messen. Wenn Sie sich über dem korrekten Punkt befinden, wird Ihre Effizienz von dem kleinen interessierenden Bereich bestimmt, den Sie vor sich haben, denn hier richtet sich alles nach dem Quadratabstandsgesetz. Das ist also wahrscheinlich die beste Methode, solange Ihre Hintergründe, MDAs und Zählzeiten Ihre Untersuchungskriterien erfüllen. Wenn Sie ein Stativ verwenden, können Sie rund um das Gerät eine Lichtabschirmung vorsehen. Ein Vorteil des Stativs ist, dass Sie etwas höher als der Wagen arbeiten und dadurch ein etwas größeres Sichtfeld haben. Wenn Sie Strahlung anhand von Luftbildern messen, wäre das wahrscheinlich die ideale Wahl. An D&D-Standorten zum Beispiel wird häufig ein Stativ verwendet.
F: Was ist die beste Methode, um bei der Verwendung der ISOCS-Lösung Klumpenkorrekturen für kleine U- oder Pu-Klumpen vorzunehmen?
Sean: Unsere Software NDA 2000™ enthält einen SAC-Korrekturalgorithmus. Diese Software kann mit der Genie-Software integriert werden. Sobald Sie Ihre Analyse mit der ISOCS-Software durchgeführt haben, können Sie diesen Algorithmus zur Korrektur der Selbstabsorption und zum Lumping verwenden. Das ist zwar keine direkte ISOCS-Modellierung, aber wenn Sie Klarheit hinsichtlich Ihres Modells haben, kann Ihr SAC zur Korrektur beitragen. Das kann allerdings nicht unbedingt jeder. Eventuell muss Ihnen ein Mirion-Experte dabei helfen, das aus der NDA 2000 auszulesen, doch das wäre nicht das erste Mal für uns.
Wir arbeiten an der Modellierung direkt in der ISOCS-Software, doch daneben haben wir kürzlich damit begonnen, die Differenzial-Peak-Analyse stärker zu nutzen. In diesem Bereich werden einige Daten im Backend integriert und wir nennen das „Figure of Merits“. Damit können Sie Ihre Effizienzkurve definieren. Bei Lumpinganwendungen etwa können Sie Ihr Modell spontan oder während der Analyse auf der Grundlage dieser Leistungszahlen anpassen. Viele dieser Informationen basieren darauf, wie viel Sie bei Ihrer Messung tatsächlich sehen können. Durch Lumping machen Sie jedoch vermutlich eine stattliche Menge an Reaktion sichtbar.
Für uns sind das die beiden am häufigsten verwendeten Methoden. Beide Methoden wurden im WIPP getestet und zertifiziert und sie wurden im Rahmen des Leistungsdemonstrationsprogramms im WIPP einer Blindanalyse unterzogen.
Sie können auch mehr in die Tiefe gehen und die ISOCS-Software selbst verwenden, um zu versuchen, die beste Art der Lumping-Korrektur in Ihrem Modell zu bestimmen. Sie können einige unserer verschiedenen Modellvorlagen verwenden, Ihr Lumping mit Bildgebungstechnologie einstellen oder eine Art von Übertragung durchführen. Bei Messungen vor Ort sind Übertragungen jeder Art in der Regel schwierig. Wenn Sie das jedoch vertiefen möchten, können Sie anhand des Lumpings die Lokalisierung vornehmen und die Modellierung direkt in einer ISOCS-Vorlage versuchen.
F: Wo erhalten wir dazu weitere Informationen oder praktische Schulungen?
Sean: Sie können an einem praktischen Programm direkt mit MIRION-Experten teilnehmen. Auch unsere Services-Gruppe bietet Schulungen an. Wenn Sie jedoch spezifische Informationen darüber wünschen, wie wir das im WIPP-Programm tun, können Sie mich kontaktieren und wir besprechen das direkt. Auch auf unserer Website finden Sie Informationen.
F: Wie verwendet man den Detektor SPIR-Ace™ LaBr, um vor Ort die Radioaktivität in der Luft zu bestimmen (uCi/m^ 2)? Wir möchten das Instrument nach Freisetzungen von Radioaktivität durch Kernkraftwerke zur Bestimmung der Homogenität der Abluftfahnen verwenden. Wir würden die relativen Konzentrationen zweier Isotope (also I-131/Cs-137) vergleichen.
Nasser: Für diese Anwendung ist die Funktion GenieXPort™ die beste Option. Das SPIR-Ace an sich ist ein unkompliziertes RIID-Gerät. Es verfügt über einen vorgegebenen und international abgestimmten Algorithmus, der auf einer Reihe von ISO-Standards beruht. Einfach so von selbst lässt sich damit die Aktivität allerdings nicht bestimmen. Mit unserer Version sind wir jedoch in der Lage, die generierte Spektrumdatei aus dem RIID-Algorithmus in ein Standard-Genie-Format zu übertragen.
Man verwendet das Gerät daher am besten so, dass man eine für einen aus Kopfhöhe, Taillenhöhe oder Bodenhöhe gemessenen Bereich bestimmt, je nach Ihrem konkreten Szenario. Daraus wird dann ein repräsentatives ISOCS-Modell (oder je nach Konfiguration ein LabSOCS-Modell) generiert. Mit der generischen Charakterisierung und dem SPIR-Ace können Sie dieses Effizienzmodell generieren. Dann können Sie diese Effizienzdatei in das SPIR-Ace-Gerät laden und nun ein Spektrum erfassen, sobald Sie im gewünschten Bereich sind.
Über WLAN, SIM-Karte, Mobilfunknetz oder sogar über ein USB-Kabel zum SPIR-Ace-Gerät können Sie anhand der Reachback-Funktion das betreffende Spektrum mit Ihrem PC-Laptop oder Windows-Tablet erfassen und dann mit der Genie-Software verarbeiten. Alle Effizienzkalibrierungen werden auf den PC übertragen sodass die Verarbeitung mit allen Standardvorlagen und Berichten von Genie erfolgen kann mit denen die Aufsichtsbehörden oder RadResponder-Agenturen gut vertraut sind. Sie können zu den Messungen auch notieren zu welcher Zeit und über welchen Zeitraum hinweg Sie die Daten erfasst haben. Das können Sie in der Genie-Software eingeben und diese wird die Aktivität rückwirkend korrigieren. Das Gute an Reachback ist, dass man jemanden in einer Steuerzentrale haben kann, während eine andere Person vor Ort das Gerät bedient und bei dieser Tätigkeit dann keine Berechnungen vornehmen muss. Die Rückmeldung erfolgt direkt und automatisch.
Hinsichtlich bestimmter Nuklidverhältnisse stehen zwei Methoden zur Verfügung. Eine von ihnen ähnelt der zuvor erörterten Methode sehr. Bei der Verarbeitung sollten Sie die Software Genie verwenden. Sie verwaltet alle Ergebnisse, insbesondere die Zerfallskorrektur. Jod kann im Vergleich zu Cäsium kurzlebig sein. Die Software Genie berücksichtigt all das und gibt Ihnen dann die Verhältnisse dieser Nuklide an.
Eine schnelle, informelle Möglichkeit ist die Verwendung des Displays des SPIR-Ace selbst. Es zeigt Ihnen das Spektrum vor Ort auf dem Gerät an. Sie können die Schwerpunkte auswählen, Zählrate und Schwerpunkte zueinander ins Verhältnis setzen und dann müssen Sie Berechnungen zum Ertrag ausführen. Sie haben auch das Spektrum, sodass Sie bei der Nachbearbeitung oder kurz danach validieren können.
F: Ist es möglich, die Quellenlokalisierung, Isotopenidentifikation und Massenbestimmung in Raum und Zeit bei in Bewegung befindlicher Quelle auszuführen, wobei mehrere Lokalisierungen in der industriellen Prozessumgebung einzurichten wären?
Sean: Zur Lokalisierung der Quellen können Sie natürlich Handgeeräte verwenden und versuchen, mit ihnen einen Hotspot zu finden. Eines unserer Werkzeuge ist das tragbare Bildgebungssystem iPIX™. Diese Gammakamera kann bestimmte Arten von Hotspots für verschiedene Messungen lokalisieren. Die iPIX-Kamera identifiziert nicht immer. In diesen Fällen können Sie eine SPIR-Ace-Messung integrieren sobald Sie einen Spot lokalisiert haben.
Sie könnten auch eine andere Art von spektroskopischer Gammamessung vornehmen sobald Sie wissen wo sich die Quelle befindet und auf dieser Grundlage eine Isotopenbestimmung durchführen wozu Sie entweder das SPIR-Ace-Gerät oder vielleicht einen tragbaren Germaniumdetektor wie den Aegis™ verwenden können, den Sie vor Ort mitnehmen können. Die beste Option wäre jedoch entweder das Lokalisieren der Quellen mittels einer Handmessung oder das iPIX-System wenn man wirklich etwas in einem Gebäude oder in einer Art von Prozess finden will und sonst nichts über die Messung weiß.
Nasser: Das Lokalisieren von Quellen ist nicht einfach und viele der Werkzeuge gehen einen Kompromiss zwischen qualitativen und quantitativen Ergebnissen, denn jedes verfügt über ein etwas anderes Werkzeugset. Wie Sean bereits sagte, ist die iPIX-Kamera je nach Quelle ziemlich gut. Wenn sie klein ist, ist jede Art von Visualisierung schwierig. Wenn es sich um eine hochaktive Quelle handelt, kann es mit der Kamera ziemlich schnell gehen.
Wenn es das ALARA-Prinzip zulässt, besteht eine weitere Technik darin, dass Sie Aufnahmen in mehreren Richtungen machen können, bei denen Sie beispielsweise Winkel von 90 Grad und 180 Grad wählen oder fortlaufend den Winkel verändern. Wenn Sie Ihr ISOCS-Modell jedes Mal anpassen, werden Sie feststellen, dass sie konvergieren, wenn Sie an die korrekte Stelle gelangen. Es erfordert nur etwas mehr Arbeit. Bei einem Anlagenprozess, in dem sich der Quellbegriff tatsächlich im Laufe der Zeit bewegt, ist die Gamma-Bildgebung eine große Herausforderung. In der Regel ist eine ziemlich hochaktive Quelle erforderlich. Wir haben dafür ein Produkt: das System HDR-Vue™. Es ist ein medizinisches Produkt, aber bei ihm erfolgt die Visualisierung der Quelle per Live-Video.
F: Radon-228-Werte kann man nicht anhand einer In-situ-Gammaspektrometrie gewinnen, es sei denn, sie werden aus Actinium-228 abgeleitet: Stimmt das? Bitte erklären Sie das.
Greg: Zunächst möchte ich erwähnen, dass Radon-228 zur Thorium-Reihe gehört, was von Bedeutung ist. Radium-228 hat keine signifikanten Gammawerte, nichts liegt über 1 %. Alle Röntgenstrahlen, die vom Radium ausgehen, werden allen Radiumarten der Thorium-Reihe und anderer Reihen gemeinsam sein. Wenn eine Arbeit mit der Thoriumreihe zu tun hat, beginne ich stets damit, zu beurteilen, mit welcher Wahrscheinlichkeit die Uran-Reihe vorhanden ist – also etwa in einer Bodenprobe. Eventuell sehe ich mir eingangs auch die Linien der Actinium-Reihe an. Das nachgelagerte Actinium-228 (Tochter von Radium-228) hat also jede Menge Gammas und viele davon sind von anständiger Bedeutung. Ich denke, das 911 keV-Gamma liegt bei etwa 20 bis 26 %.
Hier kommt noch etwas, das Sie berücksichtigen müssen: Wenn Sie bedenken, dass das Radium-228 von Thorium herrührt, müssen Sie sich bei der Trennung und Isolierung des Radiums immer noch mit den nachgelagerten Töchtern auseinandersetzen und berücksichtigen, wie weit Sie sich außerhalb des säkularen Gleichgewichts befinden. Wenn Sie sich jedoch wie etwa bei einer Bodenprobe im säkularen Gleichgewicht befinden, können Sie davon ausgehen, dass die Aktivitäten aller Mitglieder der Reihe in etwa gleiche sein werden. Daher kann ich Actinium-228 zum Beispiel mit 911 keV messen und dann davon ausgehen, dass meine Radium-228-Aktivität gleich sein wird.
Sehen Sie sich also nun die Folie an: Sie sehen Thorium-232 und Radium-228. Wie Sie sehen, gibt es einige Röntgenstrahlen und Sie haben ein Gamma von 63 keV, eine sehr geringe Intensität also. Zu Radium sehen Sie den Intensitätswert 26 bei 0,14 %. Da sind einige Röntgenstrahlen. Das ist bei Radiumisotopen in der Thorium-Reihe so üblich. Ebenso bei den Radiumositopen der Actinium-Reihe. Und ebenso bei Radiumisotopen in der Uran-Reihe. Da wird sich also jede Menge niederenergetisches Zeug herumtreiben, das versuchen wird, direkt mit Radium-228 zu interagieren.
Sie müssen noch etwas beachten, wenn Sie mit dieser Reihe arbeiten: Sie möchten herausfinden, wo sich Ihr Radon befindet, denn es handelt sich um ein Gas und damit um ein Material, das Ihre Probe verlässt. Das werden Sie ausweisen müssen. Die Thorium-Reihe ist eigentlich sehr schön, da alle wichtigen Akteure in der Probe verbleiben, es sei denn, Sie machen sich Sorgen um die Thoron-Töchter hier unten. Sie können also davon ausgehen, dass alles in der Probe steckt.
Wenn Sie das also tun und von einem säkularen Gleichgewicht ausgehen (oder einem bestimmten Fraktionierungsfaktor wenn Sie sich nicht vollständig im säkularen Gleichgewicht befinden), dann haben Sie zwei Optionen: Sie geben entweder kein Stichdatum für die Probe an, oder Sie verwenden eine Bibliothek, in der sich alle eingestellten Halbwertszeiten nach der längeren Halbwertszeit des Elternelements richten. So ermitteln Sie die korrekten Werte.
F: Wie geht man mit einem Objekt mit sehr hoher Gammadosis um, insbesondere in Bezug auf Totzeit, starken Compton-Effekt, gewisse Abschirmungsprobleme sowie eine eventuelle Oberflächenkontamination?
Nasser: Hohe Zählraten waren bei älteren Geräten immer Grund zur Sorge. Bei einer Totzeit von in etwa 25 bis 30 % waren die Zählungen nutzlos. Mit modernen MCAs können Sie in Bezug auf die Totzeit ziemlich hoch gehen: 95 % oder mehr in einigen Fällen, insbesondere bei einigen der neuesten MCAs. Sie müssen sich um die Totzeit also nicht wirklich zu viele Gedanken machen. Stellen Sie jedoch sicher, dass Sie auf der Grundlage der Live-Zeit zählen, damit Sie tatsächlich die vollständige Zählung für Ihre MDA erhalten.
Zur Quantifizierung gibt es in der Regel eine Reihe von Optionen, um einen Großteil des Compton-Effekts und der Totzeit loszuwerden: entweder durch eine hohe Abschirmung oder einen sehr kleiner Detektor. Eine gängige Praxis sind entweder Lochblenden oder sehr lange Kollimationsröhren. Wenn Sie mit dem ISOCS-Wagen vertraut sind und er mit der Röhre ausgestattet ist, können Sie diese ausfahren oder einziehen, um die Ansicht mehr oder weniger zu fokussieren – wie eine Linse in Ihrem Raumwinkel. So blenden Sie mehr von dem aus, was sich um den Detektor herum befindet. Wenn möglich, gehen Sie auf Distanz, sorgen Sie für mehr Abstand. Das ist manchmal die billigste Lösung. Doch vielleicht haben Sie diese Freiheit nicht. Sie sind vielleicht in einer heißen Zelle oder so etwas Ähnlichem und generieren medizinische Isotope. Bei einigen solcher abgeschirmten Messungen werden Sie viele charakteristische Röntgenstrahlen erhalten, insbesondere bei der Verwendung von Blei. Die Arbeit ist einfach und unkompliziert, stellen Sie also sicher, dass Sie sich nicht zum Störfaktor werden und dann Probleme bei der Summierung oder beim Stapeln auftreten. Auch Wolfram hat seine eigenen, natürlich vorkommenden Peaks. Wenn Sie also viel Wolfram verwenden, kann das ein gewisses Maß an Signal erzeugen, aber es wird weit weniger sein.
Für diese Anwendungen ist es üblich, die kleinste Option zu wählen, die erhältlich ist. CZT war hier ziemlich gut; wir haben eines unserer CSM-Systeme, ein 1CC. Zu unserem Detektor MicroGe™ können Sie jetzt einen 1CC-Germanium-Detektor erwerben und das wird viel von Ihrem zusätzlichen Hintergrund beseitigen.
Wenn Sie vor der Wahl zwischen einem REGE- oder Koax-Detektor und einem BEGe™-Detektor stehen würden, würde ich mich für den BEGe-Detektor entscheiden. Sie werden viel weniger Hintergrund im unteren Bereich erhalten. Wenn Sie sich nahe an der Geometrie befinden und hohe Aktivitäten haben, sollten Sie auf Summierungsprobleme achten. Diese können alles über den Haufen werfen, besonders wenn Sie einen starken Hintergrund haben, bei dem Ihnen entweder etwas verloren gehen oder Unerwünschtes aus Ihrem Spektrum aufgezeichnet werden kann.
Ihre konkrete Situation gibt quasi das Spiel vor, das Sie spielen werden. Heiße Zellen sind problematisch, also würde ich mit dem kleinsten Detektor beginnen und dann eine Abschirmung hinzufügen. Für einen kleinen Detektor ist im Vorfeld nicht so viel Infrastruktur und weniger Material für den Aufbau erforderlich.
