Characterization and calibration of an n-type HPGe detector for in situ low energy gamma spectrometry

I händelse av ett tillbud eller en olycka som resulterar i deponering av radionuklider, till exempel efter ett utsläpp från en kärnkraftverksolycka, är det viktigt att snabbt få fram mätresultat. Det kan erbjudas redan på plats med hjälp av in situ gammaspektrometri med exempelvis HPGe-detektorer. För att säkerställa att mätsystemet levererar korrekt resultat, måste detektorns respons kalibreras för det specifika energiområdet och den särskilda mätgeometrin. Vid en semi-empirisk kalibrering, vilken har använts i detta arbete, används data från mätningar i kombination med Monte Carlo-beräkningar av en detektormodell. Monte Carlo-beräkningar kräver kunskap om detektordimensioner, såsom avståndet mellan kristall och detektorfönster. Tillverkarna levererar ofta mått för en viss detektortyp, men individuella variationer finns normalt inte angivna. För att få fram en mer korrekt modell har dimensioner inuti HPGe-detektorer tidigare uppmätts genom röntgenavbildning, främst med en rumstempererad detektor. Så vitt vi vet har det inte skett någon grundlig utredning av effekten av att kyla detektorn, vilket delvis skulle kunna bidra till att förklara skillnader mellan Monte Carlo-modeller och empiriska data. Den här rapporten beskriver karakterisering och semi-empirisk kalibrering av en n-typ HPGe-detektor som kommer att användas för in situ gamma spektrometri, och mer specifikt för mätning av lågenergetiska fotoner. Monte Carlo-modeller och beräkningar har gjorts med mjukvarorna GESPECOR och MCNP. Datortomografi (CT) har använts för att få fram en mer korrekt detektormodell samt för att undersöka om detektorparametrar ändras när HPGe-detektorer kyls ned till drifttemperatur (77-100 K). Resultatet visar att avståndet mellan kristall och detektorfönster ökar när HPGe-detektorer kyls ned; (0,376±0,070) mm för en n-typ detektor och (0,40±0,15) mm för en p-typ detektor. Monte Carlo-beräkningar visar att skillnaden i avstånd har en signifikant betydelse vad gäller detektoreffektiviteten i närgeometri. För att få den optimerade detektormodellen i MCNP att passa så bra som möjligt (inom osäkerheten) med empiriska data ändrades parametrar, exempelvis ökades det inre dödlagret med 0,8 mm och avståndet mellan kristall och fönster med 2,5 mm jämfört med tillverkarens specifikationer.