Alacsony hátterű gamma-spektrometriai mérőhelyekre sok területen szükség van a környezeti minták radioaktivitásának elemzésétől a törvényszéki analitikai vizsgálatokig. Az ilyen jellegű vizsgálatokat általában kis radioaktivitású mintákon végzik, amely feladathoz kiemelt fontosságú az optimálisan kialakított alacsony hátterű gamma-spektrometriai mérőhelyek alkalmazása. Az ilyen körülmények között végzett gamma-spektrometriai mérések során fellépő egyik zavaró hatás a természetes bomlási sorozatok izotópjainak gamma-sugárzása, amelyek közül a legjelentősebbek a radon és leányelemei. Ezen izotópok jelenléte jelentősen befolyásolja az uránminták gamma-spektrometriai módszerrel történő életkor-meghatározásának pontosságát, mivel a technika az uránból származó radon leányelemek gamma-vonalainak detektálásán alapul. Ennek a hatásnak a jellemzéséhez meg kell határozni a használt detektor 4π-detektálási hatásfokát, amelyet Monte-Carlo szimulációkkal lehet kiszámítani. A kutatás során az Energiatudományi Kutatóközpont Sugárbiztonsági Laboratóriumának alacsony hátterű kamráját, valamint a labor által az említett mérési rutinokhoz használt HPGe detektort vizsgáltuk. Először a detektor pontos szimulációs modelljét készítettük el a gyártó által biztosított detektorspecifikáció alapján. A számítások validálását röntgenradiográfiás felvételek, valamint ismert gamma-energiájú izotópok pontforrásaival végzett relatív hatásfokmérésekkel végeztük el. Az optimalizált modellel szimulált hatásfokértékek a 26 keV (²⁴¹Am) és az 1332 keV (⁶⁰Co) közötti energiatartományban minden energián a mért értékekkel 5%‑on belüli egyezést adnak. A modell megfelelőségét egy szegényített uránpellet urántömegének meghatározására elvégzett rutinnal is igazoltuk. A vizsgálat során összehasonlítottuk a hengeres forrásra, valamint az önabszorpció korrekciójával elvégzett pontforrásra vett hatásfokértékekből kapott eredményeket, ami alapján az előbbi módszer bizonyult pontosabbnak.

Design and optimization of the HPGe detector of a low-background gamma spectrometer for forensic and in-situ analysis

Low-background gamma spectrometric measurement set-ups are needed in various nuclear analysis, such as for the analysis of radioactivity in environmental samples or nuclear safety and forensic analytical studies. The target samples of these type of experiments usually have low-radioactivity, therefore the existence of an optimally designed low-background gamma spectrometric measurement site is of primary importance. One of the confounding effects is the gamma radiation of the isotopes of natural decay series of which the most significant isotopes are the radon and its daughter elements. The presence of these isotopes significantly affects the accuracy of the age determination of uranium samples by gamma spectrometry, since this technique requires the detection of gamma lines of the daughter elements of the radon originated from uranium. To specify this effect, the 4π-detection-efficiency must be determined, which can be executed by Monte-Carlo simulations. This study was carried out to characterize the HPGe detector used in a low-background chamber of the Nuclear Security Department of the Centre for Energy Research. An accurate detector model was created first using the detector characterization given by the manufacturer. The calculations were validated by X-ray radiographic images and relative efficiency measurements with point sources of isotopes of known gamma energies. The model was optimized within the energy range of 26 keV (²⁴¹Am) and 1332 keV (⁶⁰Co) with an uncertainty of less than 5 % for all energy values. The goodness of the model was also verified with a measurement routine performed to determine the uranium mass in a depleted uranium pellet. The efficiencies given by simulations of a cylindrical source were compared with that of given by the results of a self-absorption corrected point source model. The analysis showed that the calculations of the simulated efficiencies gave more accurate result on the cylindrical source.