De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

24/04/2015detectie niveau 31 Detectie Frits Pleiter.

Verwante presentaties


Presentatie over: "24/04/2015detectie niveau 31 Detectie Frits Pleiter."— Transcript van de presentatie:

1 24/04/2015detectie niveau 31 Detectie Frits Pleiter

2 24/04/2015detectie niveau 32 Detectie wisselwerking van straling met materie vormt de basis voor een vijftal onderwerpen die van belang zijn in de dagelijkse praktijk van de stralingsdeskundige: dosimetriestralingsgrootheden en -eenheden radiobiologiehoe beïnvloedt straling ons lichaam detectiehoe meten we straling afscherminghoe reduceren we straling toestellenhoe produceren we straling

3 24/04/2015detectie niveau 33 Detectie Detectie indeling beschrijving van detectoren  type detector  elektronische meetapparatuur   -spectroscopie en energie oplossend vermogen praktijk van detectie  keuze van detector  calibratie van detector  tel-statistiek detectie en dosimetrie  omgevings- en persoonsdosisequivalent

4 24/04/2015detectie niveau 34 Detectie Detectie ionisatiedetector - bouw gasgevulde detector metalen behuizing = kathode centrale draad = anode lucht, aardgas, edelgas,... buisspanning = volt ionisatiekamer proportionele telbuis Geiger-Müllerbuis anodedraad kathodewand telgas

5 24/04/2015detectie niveau 35 Detectie Detectie ionisatiedetector - anodespanning I.recombinatiegebied II.ionisatiekamergebied III.proportioneel gebied IV.overgangsgebied V.Geiger-Müllergebied VI.gasontladingsgebie d III III IV V VI  -deeltje  -deeltje

6 24/04/2015detectie niveau 36 Detectie e Detectie ionisatiedetector - ionisatie gasatoom positief ion negatief elektron ioniserende straling kathodewand anodedraad

7 24/04/2015detectie niveau 37 Detectie Detectie ionisatiedetector - gasversterking primair elektron wordt versneld, botst met atoom en veroorzaakt secundair ion elektrisch signaal op anodedraad ionisatie-energie = 34 eV secundaire lading positief ion negatief elektron 1primaire lading 2 kathodewand anodedraad ioniserende straling

8 24/04/2015detectie niveau 38 Detectie Detectie ionisatiedetector - ionisatiekamer ladingQin coulomb (C) stroomI = Q / tin ampère (A) spanning V = Q / Cin volt (V) C = capaciteit in farad (F) van kamer + kabel + meetapparatuur stel ionisatielading is Q = 1 nC  aantal ionenN = 1×10 -9 C / 1,6× C = 6×10 9  gedeponeerde energieE = 6×10 9 × 34 eV × 1,6× J eV -1 = 34×10 -9 J stel capaciteit is C = 100 pF  spanningV = 1×10 -9 C / 100× F = 10 V

9 24/04/2015detectie niveau 39 Detectie Detectie ionisatiedetector - Geiger-Müllerbuis eenvoudige constructie en goedkoop primaire ionen schermen veld van anode af en daardoor wordt gasversterking begrensd constante signaalgrootte > 10 V dode tijd  > 100  s ware teltempo T w > gemeten teltempo T secundaire elektronen uit kathodewand worden versneld en veroorzaken opnieuw een signaal, enzovoorts om dit te voorkomen wordt een (meeratomig) doofgas toegevoegd eindvenster

10 24/04/2015detectie niveau 310 Detectie Detectie ionisatiedetector - dode tijd T = gemeten teltempo  = dode tijd dode tijd per seconde = T   effectieve meettijd = 1 - T    werkelijke teltempo T w = T / (1 – T   )

11 24/04/2015detectie niveau 311 Detectie Detectie ionisatiedetector - plateau  -plateau  E  E   5 MeV groot signaal gasversterking niet nodig  lage anodespanning  -plateau  E  S el  x  0,02 MeV klein signaal gasversterking nodig  hoge anodespanning  -plateau  +  -plateau

12 24/04/2015detectie niveau 312 Detectie Detectie ionisatiedetector - voorbeelden

13 24/04/2015detectie niveau 313 Detectie Detectie nieuwe ontwikkeling pancake-monitor  -,  - en  -straling dosistempomonitor besmettingsmonitor groot telrendement mica venster anodeomhulling isolator signaal

14 24/04/2015detectie niveau 314 Detectie Detectie ionisatiedetector - halfgeleider Ge, Si voordelen hoog rendement grote energieresolutie nadelen geen gasversterking koelen tot 80 K duur ionisatie-energie  3,6 eV (Si)  2,9 eV (Ge) valentieband geleidingsband ioniserende straling

15 24/04/2015detectie niveau 315 Detectie Detectie ionisatiedetector - halfgeleider

16 24/04/2015detectie niveau 316 Detectie Detectie scintillatiedetector anorganische scintillator NaI, CsI, BaF 2, ZnS, BGO bevatten meestal een fluorescerende toevoeging, bijv. NaI(Tl) organische scintillator anthraceen, stilbeen, plastic vloeistof bevatten meestal een fluorescerende toevoeging thermoluminescentiedetector (TLD) CaF 2, CaSO 4, LiF, Li 2 B 4 O 7

17 24/04/2015detectie niveau 317 Detectie Detectie scintillatiedetector - fotomultiplicatorbuis door wisselwerking van  -foton met scintillator ontstaat licht lichtfoton maakt foto-elektron vrij uit de fotokathode foto-elektron botst op dynodes bij elke botsing ontstaan secundaire elektronen in NaI is ongeveer 500 eV per foto-elektron nodig ioniserende straling licht fotokathode dynode fotomultiplicatorbuis elektronenanode contactpinnen scintillatiekristal

18 24/04/2015detectie niveau 318 Detectie Detectie scintillatiedetector - voorbeelden

19 24/04/2015detectie niveau 319 Detectie Detectie scintillatiedetector - thermoluminescentie wisselwerking→elektron in een metastabiele toestand verwarming van TLD→elektron naar de grondtoestand hierbij wordt infrarood licht uitgezonden BA valentieband geleidingsband ioniserende straling

20 24/04/2015detectie niveau 320 Detectie Detectie fotografische emulsie filmbadge als persoonsdosismeter volledig verdrongen door de TLD röntgenfoto detector waarmee röntgenstraling is ontdekt vooral medische toepassingen meer en meer verdrongen door halfgeleidertechnieken autoradiogram detector waarmee radioactiviteit is ontdekt analytisch hulpmiddel in de chemie en biochemie meer en meer verdrongen door halfgeleidertechnieken kernemulsie detector waarmee elementaire deeltjes zijn ontdekt vervangen door apparatuur met een volume > 1000 m 3

21 24/04/2015detectie niveau 321 Detectie Detectie fotografische emulsie hand met ring vanautoradiogram van uraniumzout  -deeltje (rechtsboven) mevrouw Röntgenzie schaduw van Maltezer Kruisvervalt in punt P in drie tussen uraniumzout en emulsie  -mesonen (a, b en c)

22 24/04/2015detectie niveau 322 Detectie Detectie nieuwe ontwikkeling elektrodes SiO 2 Si CCD = charge coupled device lading wordt direct (ioniserende straling) of indirect (licht van een fluorescentiescherm) gevormd door de spanning op de elektrodes slim te manipuleren kan ionisatie- lading onder elke elektrode naar buiten worden getransporteerd en door een computer uitgelezen heet ook wel “emmertjesgeheugen” vervanger van fotomultiplicatorbuis

23 24/04/2015detectie niveau 323 Detectie Detectie nieuwe ontwikkeling detector voor hoge energiefysica bij het CERN in Genève

24 24/04/2015detectie niveau 324 Detectie Detectie meetapparatuur - pulshoogteanalyse stel geheugen bevat 2048 cellen definieer 2048 pulshoogtes E i nummer deze i = tel signalen met E i < hoogte < E i+1 verhoog inhoud van geheugencel i telkens met 1 zo ontstaat een histogram  energieverdeling pulshoogteanalysator (veelkanaalsanalysator) is tegenwoordig beschikbaar als insteekkaart voor computer en laptop

25 24/04/2015detectie niveau 325 Detectie Detectie meetapparatuur - pulshoogteanalyse

26 24/04/2015detectie niveau 326 Detectie Detectie meetapparatuur - tijdanalyse na resetpuls is de spanning V = 0 na startpuls begint V lineair met de tijd t te stijgen na stoppuls blijft V verder contant de signaalgrootte is evenredig met het tijdsverschil  t tussen start- en stoppuls hiermee is tijdanalyse teruggebracht tot pulshoogteanalyse er zijn nog vele andere methodes toepassing onder meer in ziekenhuizen bij PET-TOF (30 ps per cm)

27 24/04/2015detectie niveau 327 Detectie Detectie gamma-spectroscopie foto-piek bij E  ontsnappingspiek bij E  - E X Compton-rug verbreding door statistiek bij elektronvangst en interne conversie röntgenpiek bij paarvorming annihilatiepiek bij 511 keV “single escape peak” bij E  keV “double escape peak” bij E  keV

28 24/04/2015detectie niveau 328 Detectie Detectie gamma-spectroscopie ontsnappingspiek bij proportionele telbuis argon-gaskrypton-gas

29 24/04/2015detectie niveau 329 Detectie Detectie energie oplossend vermogen - proportionele telbuis het energie oplossend vermogen 2  E / E wordt bepaald door de statistiek in het aantal gevormde elektron-ionparen energieE (keV) aantal ionenN = E / 0,034 standaarddeviatie  N =  N energie oplossend vermogen 2  E / E = 2  N / N = 2 /  N = 0,37 /  E voorbeeld: 55 FeE = 5,9 keV→ 2  E / E = 15%

30 24/04/2015detectie niveau 330 Detectie Detectie energie oplossend vermogen - proportionele telbuis resolutie bij 6,4 keV is 17%

31 24/04/2015detectie niveau 331 Detectie Detectie energie oplossend vermogen - Ge-detector het energie oplossend vermogen 2  E / E wordt bepaald door de statistiek in het aantal gevormde elektron-gatparen energieE (keV) aantal ionenN = E / 0,0029 standaarddeviatie  N =  N energie oplossend vermogen 2  E / E = 2  N / N = 2 /  N = 0,11 /  E voorbeeld: 137 CsE = 662 keV →2  E / E = 0,4%

32 24/04/2015detectie niveau 332 Detectie Detectie energie oplossend vermogen - Ge-detector resolutie bij 661 keV is 0,4%

33 24/04/2015detectie niveau 333 Detectie Detectie energie oplossend vermogen - NaI-detector het energie oplossend vermogen 2  E / E wordt bepaald door de statistiek in het aantal foto-elektronen energieE (keV) aantal ionenN = E / 0,500 standaarddeviatie  N =  N energie oplossend vermogen 2  E / E = 2  N / N = 2 /  N = 1,4 /  E voorbeeld: 55 FeE = 5,9 keV→2  E / E = 57% 137 CsE = 662 keV→2  E / E = 5%

34 24/04/2015detectie niveau 334 Detectie Detectie energie oplossend vermogen - NaI-detector resolutie bij 5,9 keV is 43,5% resolutie bij 662 keV is 7%

35 24/04/2015detectie niveau 335 Detectie Detectie indeling beschrijving van detectoren  type detector  elektronische meetapparatuur   -spectroscopie en energie oplossend vermogen praktijk van detectie  keuze detector  calibratie  tel-statistiek detectie en dosimetrie  omgevings- en persoonsdosisequivalent

36 24/04/2015detectie niveau 336 Detectie Detectie keuze detector de keuze van de detector wordt bepaald door wat men wil meten activiteit A (in Bq) omgevingsdosisequivalent H* (in Sv) persoonsdosisequivalent H p (in Sv)  -,  - of  -straling neutronen energie van de uitgezonden straling (in MeV) identificatie van nuclide in het laatste geval moet men de energie van de uitgezonden straling bepalen (spectrometrie) met behulp van een veelkanaals- analysator

37 24/04/2015detectie niveau 337 Detectie Detectie keuze detector dosismonitor aanwijzing in sievert of sievert per tijdseenheid volstrekt ongeschikt als besmettingsmonitor er zijn speciale neutronen-monitoren besmettingsmonitor aanwijzing in telpulsen per tijdseenheid helaas geen aanwijzing in bequerel vaak in combinatie met een veegproef volstrekt ongeschikt als dosis- of dosistempometer

38 24/04/2015detectie niveau 338 Detectie Detectie keuze detector - neutronenmonitor meestal gebaseerd op een kernreactie 3 He(n,p) 3 H 6 Li(n,  ) 3 H 10 B(n,  ) 7 Li proton of  -deeltje wordt gemeten voorbeeld: 10 BF 3 -teller het telgas is omgeven met een schil van polyetheen om de neutronenergie te verlagen 10 BF 3

39 24/04/2015detectie niveau 339 Detectie Detectie keuze detector - besmetting  -besmettingZnS met zeer dun venster gasgevulde detector met zeer dun venster vloeistofscintillatieteller + veegproef  -besmettinggasgevulde detector met dun venster Si-detector met dun venster (Ge is te gevoelig voor  -achtergrond) vloeistofscintillatieteller + veegproef  -besmettingNaI-detector gasgevulde detector met groot oppervlak Ge-detector Si-detector (voor röntgenstraling) vloeistofscintillatieteller + veegproef (E  < 50 keV)

40 24/04/2015detectie niveau 340 Detectie Detectie keuze detector - besmetting besmettingsmonitor wijst aan in telpulsen per tijdseenheid soms (maar niet altijd) geeft fabrikant calibratie voor een aantal nuclidenmeestal in Bq cm -2 soms ook in Bq calibratiefactor gaat uit van een homogene besmetting over het hele oppervlak van de besmettingsmonitor, ook als dat niet zo is stel:oppervlak van monitor = 100 cm 2 aanwijzing van monitor = 4 Bq cm -2  totale activiteit = 100 cm 2  4 Bq cm -2 = 400 Bq stel:oppervlak van besmetting = 10 cm 2  besmetting = 400 Bq / 10 cm 2 = 40 Bq cm -2

41 24/04/2015detectie niveau 341 Detectie Detectie calibratie van detector - energie

42 24/04/2015detectie niveau 342 Detectie Detectie calibratie van detector - rendement

43 24/04/2015detectie niveau 343 Detectie tel- Detectie tel-statistiek - rendement N =   A  t  = f em  f geo  f abs  f det  f dtijd f em = emissierendement f geo = geometriefactor f abs = absorptiefactor f det = intrinsiek rendement van de detector f dtijd = correctie voor dode tijd van de detector A = (N / t) /  = T /  T = N / t = teltempo

44 24/04/2015detectie niveau 344 Detectie Detectie tel-statistiek - geometriefactor R 2 = h 2 + r 2 f geo = 0,5  (1 - cos  ) = 0,5  [ 1 - (h / R) ] = 0,5  [ 1 - h /  (h 2 + r 2 ) ] als R >> r  f geo   r 2 / 4  R 2 vloeistofscintillatief geo  1 (4  -geometrie) putkristalf geo  1(4  -geometrie) besmettingsmonitorf geo  0,5(2  -geometrie) bron h R  r

45 24/04/2015detectie niveau 345 Detectie Detectie tel-statistiek bruto-aantal 100  10teltijd = 10 s nuleffect5000  70teltijd = 1000 s bij statistiek gaat het om wat is of zou kunnen zijn gemeten omrekenen naar 1000 s: bruto-aantal  1000 achtergrond 5000  70 netto-aantal 5000   ( )in 1000 s 50   ( ,7 2 )in 10 s omrekenen naar 10 s: bruto-aantal100  10 achtergrond 50  0,7 netto-aantal 50   ( ,7 2 )in 10 s bruto-aantal (50   50) + (50   50) 100   ( ) = 100  10in 10 s

46 24/04/2015detectie niveau 346 Detectie Detectie tel-statistiek - standaarddeviatie bruto-aantal telpulsenN bruto gemeten in tijd t bruto achtergrondtelpulsenN nul gemeten in tijd t nul bruto-teltempoT bruto = N bruto / t bruto achtergrondteltempoT nul = N nul / t nul netto-teltempoT netto = T bruto - T nul standaarddeviatie  N =  N  T = (  N) / t =  (N / t 2 ) =  (T / t)  Tnetto 2 =  Tbruto 2 +  Tnul 2 = (T bruto / t bruto ) + (T nul / t nul )

47 24/04/2015detectie niveau 347 Detectie Detectie tel-statistiek - minimaal detecteerbare activiteit minimaal detecteerbare activiteit A min geeft aanleiding tot een significante verhoging van achtergrondteltempo stel:significante verhoging is  T = k  Tnul stel dat achtergrond is bepaald in teltijd t nul stel dat actuele meting is uitgevoerd in teltijd t << t nul er zijn nu twee bijdragen tot  Tnul 1.standaarddeviatie van actuele achtergrond =  (T nul / t) 2.standaarddeviatie van gemiddelde achtergrond =  (T nul / t nul ) significante verhoging is  T = k  (T nul / t + T nul / t nul )  k  (T nul / t)  minimaal detecteerbare activiteit is A min =  T / 

48 24/04/2015detectie niveau 348 Detectie Detectie tel-statistiek - optimale verdeling meettijd totale beschikbare meettijd is t t nul = t - t bruto  Tnetto 2 = (T bruto / t bruto ) + (T nul / t nul ) = (T bruto / t bruto ) + [ T nul / (t - t bruto ) ] streef naar een minimale fout in netto teltempo dus afgeleide naar t bruto moet nul zijn d  Tnetto 2 /dt bruto = - (T bruto / t bruto 2 ) + [ T nul / (t - t bruto ) 2 ] = - (T bruto / t bruto 2 ) + (T nul / t nul 2 ) = 0 voor optimale verdeling meettijd moet t nul 2 / t bruto 2 = T nul / T bruto t nul / t bruto =  (T nul / T bruto )

49 24/04/2015detectie niveau 349 Detectie Detectie indeling beschrijving van detectoren  type detector  elektronische meetapparatuur   -spectroscopie en energie oplossend vermogen praktijk van detectie  keuze detector  calibratie  tel-statistiek detectie en dosimetrie  omgevings- en persoonsdosisequivalent

50 24/04/2015detectie niveau 350 Detectie Detectie dosimetrie - omgevingsdosisequivalent kwadratenwetH* = h A t / r 2 vuistregels voor H* op 1 m afstand van 1 MBq α-bron5000 µSv h -1  -bron10 µSv h -1  -bron0,14 E  µSv h -1

51 24/04/2015detectie niveau 351 Detectie Detectie dosimetrie - Geiger-Müllerbuis H* vaak gemeten met Geiger-Müllerbuis het signaal geeft geen energieïnformatie  -foton creëert foto- of Compton-elektron in de wand van de buis elektron dat telgas bereiken geeft aanleiding tot telpuls hoe groter  -energie, hoe groter het gebied waaruit elektron kan ontsnappen N telpuls  N   E   H* gas

52 24/04/2015detectie niveau 352 Detectie Detectie dosimetrie - persoonsdosisequivalent door slimme constructie geeft uitlezing informatie met betrekking tot H p (10)  diepe dosis  effectieve dosis H p (0,07)  ondiepe dosis  huiddosis soort straling ( , , n) energie van straling de meetdrempel is ongeveer 0,01 mSv voor H p > 1 mSv j -1 is de wettelijke nauwkeurigheidseis: 2/3 H p (werkelijk)

53 24/04/2015detectie niveau 353 Detectie Detectie dosimetrie - TLD-badge gevoelig, niet weefselequivalent (vereist energiefilter) CaF 2 CaSO 4 minder gevoelig, wel weefselequivalent LiF Li 2 B 4 O 7 dragen van TLD-badge is verplicht voor blootgesteld werknemers filmbadge is inmiddels geheel verdrongen door TLD-badge pendosismeter of EPD is nuttige aanvulling


Download ppt "24/04/2015detectie niveau 31 Detectie Frits Pleiter."

Verwante presentaties


Ads door Google