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Aufbau und Charakterisierung einer Frisch-Gitterionisationskammer für die Spektroskopie niedrigster spezifischer Aktivitäten

Krüger, Felix - Technische Universität Dresden (2013)


Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Frisch-Gitterionisationskammer zum Messen kleinster spezifischer Alphaaktivitäten realisiert. Im konkreten Fall soll der Detektor dafür genutzt werden, die Halbwertszeit von 144Nd erneut zu bestimmen. Da diese sehr lang (T1/2 = (2,29 ± 0,16) 1015 Jahre) und die Reichweite der emittierten Alphateilchen in Feststoffen sehr gering ist, können nur sehr dünne Proben untersucht werden. Die Fläche der Proben sollte sehr groß sein, um die nötige Aktivität zu erhalten. Im Vergleich haben sich Gitterionisationskammern als das geeignetste Detektorkonzept erwiesen. Es wurde eine Kammer realisiert, welche aus zwei Gitterionisationskammern mit geteilter Anode besteht. Mit Hilfe dieses Aufbaus ist es möglich den Detektornulleffekt zu reduzieren. Die Auslese der auf den Detektorelektroden induzierten Ladung erfolgt mit Hilfe eines Analog-Digital-Konverters. Die Auswertung der gewonnenen Daten wird vollständig nach der Messung durchgeführt.

Anhand einer Pulsformanalyse können verschiedene Informationen über jedes, im Detektor stattgefundene, Ereignis gewonnen werden. So ist es möglich den Gitterdurchgriff und die damit verbundene Winkelabhängigkeit der Pulshöhen zu korrigieren und somit die Energieauflösung des Detektors zu verbessern. Es wird eine Energieauflösung von 0,86 % bei 5,1 MeV erreicht. Die Charakterisierung der Ereignisse wird außerdem für die Reduktion des Detektornulleffekts herangezogen. Aufgrund verschiedener Bedingungen, die für ein zu erwartendes Alphaereignis notwendig sind, kann ein Großteil der, die Messung störenden Ereignisse, unterdrückt werden. So kann der Nulleffekt im Energiebereich von 1 MeV bis 2,2 MeV von 435 Ereignissen pro Tag ohne Charakterisierung um etwa ein Faktor 20 auf 21,6 Ereignisse pro Tag mit Charakterisierung reduziert werden. Die Nachweiseffizienz wird davon nicht merklich beeinträchtigt. Für ausreichend lange Messzeiten ist eine Nachweisgrenze von weniger als 10 Ereignissen pro Tag zu erwarten. Für eine, für diesen Aufbau geeignete, Targetgeometrie ist mit etwa 50 Alphazerfällen des 144Nd pro Tag zu rechnen. Mit einer Nachweiseffizienz von etwas unter 50 % sollte die Messung am 144Nd gut möglich sein.


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