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Aktivierung von Luftfracht bei der Inspektion mit Neutronen- und Gammastrahlung

29.12.2011

Im Rahmen eines deutsch-israelischen Kooperationsprojekts wird ein neuartiges Luftfrachtdurchleuchtungssystem entwickelt. Basierend auf den Methoden der schnellen Neutronen Resonanzradiografie (FNRR) und Gammaradiografie bei zwei diskreten Gammalinien (DDEGR) soll es möglich sein, sowohl kommerzielle, militärische und improvisierte Sprengstoffe als auch nukleare Materialien zu detektieren.

Ein wichtiger Aspekt für die Anwendbarkeit eines solchen Systems an einem Flughafen ist die Erzeugung radioaktiver Isotope innerhalb der Fracht durch Neutronen- und Gammastrahlung und die daraus resultierende Dosis für das Bedienpersonal bzw. Passagiere während und nach der Bestrahlung.

Daher wurden Simulationen mithilfe der Monte-Carlo Codes MCNPX und CINDER90 durchgeführt um die Produktion radioaktiver Isotope bei der Bestrahlung durch Neutronen für typische Szenarios zu bestimmen. Unter anderem wurde die Aktivierung von Metallproben berechnet, die in einen leeren bzw. mit Baumwolle gefüllten Container eingebettet wurden (siehe Abbildung 1). In Tabelle 1 finden sich die induzierten Aktivitäten an unterschiedlichen Positionen im Container genau 1 Sekunde nach der Bestrahlung, jeweils normiert auf die Probenmasse. Das Abklingverhalten der induzierten Aktivität findet sich in Abbildung 2.

Um die Ergebnisse der Simulationsrechnungen zu verifizieren wurde ein Benchmark-Experiment durchgeführt. Dabei wurden in einem mit Wasser gefüllten Becherglas befindliche Metallproben mithilfe von schnellen Neutronen aktiviert. Im Anschluss konnte durch Messung des Gamma Spektrums der Proben mittels eines Germanium-Bohrloch Detektors Rückschlüsse auf die induzierte Aktivität gezogen werden. Die Resultate wurden nachträglich mit simulierten Werten verglichen. Es konnte eine hinreichende Übereinstimmung festgestellt werden.

Basierend auf dem berechneten radioaktiven Isotopeninventar konnten Werte für die Umgebungsdosis ermittelt werden. Betrachtet wurden sowohl die zu erwartende Dosis für Bedienstete der Luftfrachtabfertigung am Boden, als auch die Dosis für Personal bzw. Passagiere des Flugzeugs, indem die Fracht dann transportiert wird. Weiterhin wurde auch die Dosis für Verbraucher auf Grund der Produktion von langlebigeren Isotopen untersucht.

 

Abb. 1 : Positionieren der Metallproben im Container

 

 

Abb. 2 : Abklingverhalten der induzierten Aktivität der Metallproben im Baumwollcontainer

 

Tab. 1 : Spezifische Aktivitäten 1 Sekunde nach der Bestrahlung