New description of the dead layer of germanium detectors in gamma spectrometry

Gammaspektrometrische Messungen an einer speziellen Klasse von Radionukliden (z.B. ¹³³Ba und ¹⁵²Eu) in Nahgeometrie zeigen in Abhängigkeit vom verwendeten Detektortyp ungewöhnliche Linienformen im gemessenen Gammastrahlungs-Spektrum. Hierbei handelt es sich um Koinzidenzsummationen von Gammastrahlung und Röntgenstrahlung, die bei Verwendung von p-Typ Detektoren auftreten und sich durch eine Verbreiterung (Tailing) der gemessenen Linien auf der höherenergetischen Seite äußern. Dieser Effekt tritt bei der Verwendung von n-Typ Detektoren nicht auf. Stattdessen erkennt man im gemessenen Spektrum klar die Summationslinien von Gammastrahlung und Röntgenstrahlung. Die genannten Detektortypen unterscheiden sich durch die Dicke der jeweiligen Germaniumtotschicht, die zur Kontaktierung des Detektors benötigt wird. Bei p-Typ Detektoren ist diese Schicht typischerweise zwischen 0,3 mm und 1 mm dick und damit um Größenordnungen dicker als bei n-Typ Detektoren. (Die mittlere freie Weglänge der Cs K_a-Röntgenstrahlung, die dem Zerfall eines ¹³³Ba Atoms folgt, beträgt in Germanium zum Vergleich 0,15 mm.) Der gemessenen Effekt konnte mit Hilfe des Monte Carlo Programms GESPECOR unter Verwendung eines neuen Parameters modelliert werden [1]. Dabei wird die bekannte Totschicht der p-Typ Detektoren in zwei Bereiche unterteilt, einer tatsächlichen Totschicht und einer "teilweise aktiven" Totschicht. Wechselwirken Photonen in der tatsächlichen Totschicht, so trägt dies nicht zum Detektorsignal bei. Finden diese Wechselwirkungen dagegen in der "teilweise aktiven" Totschicht statt, so wird ein Signal registriert, dass aber nur durch eine unvollständige Ladungssammlung hervorgerufen wird und somit nicht als Linie im Spektrum sondern im Spektrumuntergrund bzw. im Fall von Koinzidenzsummationen mit Gammastrahlung als hochenergetische Verbreiterung der Linie registriert wird. Neben der genaueren Beschreibung von p-Typ Detektoren dient die Erweiterung des GESPECOR Programms der Berechnung entsprechender Koinzidenzsummationskorrektionen, um die Aktivitäten von Radionuklide wie ¹³³Ba und ¹⁵²Eu in Umweltproben mit kleinen Unsicherheiten bestimmen zu können.

Literatur

1. D. Arnold, O. Sima:
   Application of GESPECOR software for the calculation of coincidence summing effects in special cases.
   Appl. Radiat. Isot. Vol. 60 No. 2-4 (2004), ISSN 0969-8043, S 167-172.