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Digitale „Mischung“ von Gamma-Spektren

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23.12.2020

Im Rahmen der Digitalisierung in der Metrologie laufen Bestrebungen, Methoden der künstlichen Intelligenz für die Spektrometrie zu nutzen. So werden z.B. Convolutional Neural Networks (CNN) zur Nuklididentifikation erprobt oder in Kombination mit Monte‑Carlo Simulation zur Entfaltung von Spektren verwendet.

In diesem Zusammenhang wurde eine Methode entwickelt, um radioaktive Mischlösungen direkter zu charakterisieren. Die Aktivitätsbestimmung von Mischlösungsstandards erfolgt ausschließlich über γ‑Spektrometrie, da primäre Methoden die Nuklide nicht aufgelöst messen können. Will man die kleinen Unsicherheiten der primären Methoden auch für Mischlösungen erreichen, benötigt man eine möglichst direkte Methode, ohne weitere zusätzliche Unsicherheitsbeiträge.

Zu diesem Zweck wurde ein neues Bayes‑basiertes Verfahren entwickelt. Es beruht auf der Messung der Spektren der Ausgangslösung und der zu bestimmenden Mischlösung in exakt gleicher Geometrie.

Durch gleichzeitiges Rebinnen der Spektren sowie multivariate gaußsche Optimierung (Minimierung) der Abweichung der Spektren, werden Aktivitätstransferfaktoren bestimmt.
Die Unsicherheitsverteilungen dieser Aktivitäten sollen zukünftig mittels Markov‑Chain Monte‑Carlo bestimmt werden.

Abbildung 1 zeigt das Histogramm des γ‑Spektrums der Mischlösung (schwarze Punkte) in Abhängigkeit von der Energie der γ‑Quanten. Die Einzelnuklidspektren (Cd‑109, Eu‑154 (Eu‑155), Co‑60, Cs‑134), aus denen sich die Mischlösung zusammensetzt, sind als blasse Histogramme dargestellt. Die optimierte, digitale Kombination dieser Spektren ist zum Vergleich als intensives rotes Histogramm abgebildet.

 

Abb. 1: Histogramm des γ‑Spektrums der Mischlösung (schwarze Punkte) in Abhängigkeit von der Energie der γ‑Quanten. Die Einzelnuklidspektren (Cd‑109, Eu‑154 (Eu‑155), Co‑60, Cs‑134), aus denen sich die Mischlösung zusammensetzt, sind als blasse Histogramme dargestellt. Die optimierte, digitale Kombination dieser Spektren ist zum Vergleich als intensives rotes Histogramm abgebildet.

In Abbildungen 2 und 3 ist ein Ausschnitt aus diesem Spektrum für den besonders interessanten Energiebereich um die Hauptlinie des Cd‑109 bei Eγ = 88,03 keV dargestellt.

 

Abb. 2: Ausschnitt aus diesem Spektrum für den besonders interessanten Energiebereich um die Hauptlinie des Cd‑109 bei Eγ = 88,03 keV.

Abb. 3: Ausschnitt aus diesem Spektrum für den besonders interessanten Energiebereich um die Hauptlinie des Cd‑109 bei Eγ = 88,03 keV.

Man erkennt, dass sowohl der nicht konstante Untergrund als auch die nur mit sehr geringer Zählrate vorhandene Linie des Eu‑155 (Eγ = 86,55 keV, pγ = 0,307), zu einer perfekten Anpassung führen, obwohl Eu‑155 hier nur eine Verunreinigung der Eu‑154 Einzelnuklidlösung ist.

 

Ansprechpartner:

Opens local program for sending emailF. Mertes, Fachbereich 6.1, Arbeitsgruppe 6.13

Opens local program for sending emailA. Honig, Fachbereich 6.1, Arbeitsgruppe 6.13

Opens local program for sending emailS. Röttger, Fachbereich 6.1, Arbeitsgruppe 6.13

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