Title: A study of gamma interference scenarios for nuclear security purposes
Language: English
Authors: Kleinrath, Verena
Qualification level: Diploma
Keywords: Nucleonica; Gamma Simulation; Monte Carlo Simulation; Nukleare Sicherheit; Nuklearschmuggel; Gammainterferenz; Masking
Nucleonica; gamma simulation; Monte Carlo simulation; nuclear security; illicit trafficking; gamma interference; masking
Advisor: Böck, Helmuth 
Issue Date: 2010
Number of Pages: 85
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Die Überlagerung von Spektren verschiedener Quellen und damit verbundene sogenannte Interferenzerscheinungen können die Nuklididentifizierung in der Gammaspektrometrie entscheidend beeinflussen. Dieses Phänomen wird in der vorliegenden Arbeit experimentell und in Simulationen untersucht. Die Ergebnisse sind speziell vom verwendeten Detektor und ebenso von der Identifikationssoftware abhängig.
Durch die Kombination von Spektren verschiedener Isotope werden unterschiedliche Szenarien entwickelt. Die Spektren werden mit Hilfe einer im Rahmen des NUCLEONICA Webportals entwickelten Simulationssoftware, dem Gamma Spectrum Generator, und einem MCNP-basierten Monte-Carlo Rechner, dem easy Monte Carlo Programm, modelliert. Vor der Benutzung der NUCLEONICA Programme werden sie mit Messergebnissen validiert. Ein Vergleich zu experimentellen Spektren von Punktquellen und ausgedehntem nuklearen Referenzmaterial, gemessen mit einem Natrium-Iodid Szintillationsdetektor, zeigt, dass die Simulationen für eine Behandlung der Interferenzszenarien exakt genug sind.
Entsprechend der unterschiedlichen Eigenschaften von Gammaspektren sind verschiedene Arten von Interferenzen möglich. Es wird beobachtet, dass sich Spektren im Bereich der Photopeaks, sowie im Backscatter Bereich und im Compton Kontinuum beeinflussen können. Eine zusätzliche Betrachtung von Abschirmung und ausgedehnten Geometrien zeigt, dass diese nicht nur die Intensität der Strahlung verringern, sondern auch die Form des Spektrums verändern und so die Wahrscheinlichkeit der Nuklididentifizierung reduzieren.

The effects of 'overlaying' spectra of different sources and associated interference phenomena can strongly influence nuclide identification in gamma spectrometry. These phenomena are studied both experimentally and in simulations. The results are particularly dependent on the spectral detection equipment used as well as the identification software.
Various cases are developed by combining spectra of two or more isotopes. Spectra are simulated with the Gamma Spectrum Generator, a powerful web-based gamma modelling tool developed within the NUCLEONICA nuclear science portal and an MCNP-based Monte Carlo engine, the easy Monte Carlo. Prior to using the NUCLEONICA simulation tools they were validated by showing that measured gamma spectra agree well with the model calculations. A comparison to experimental results, obtained with a common sodium iodide scintillator, spectrometric point sources and nuclear reference material, shows that the simulation is accurate enough to investigate interference scenarios. According to different properties of the gamma spectra, various types of interferences are possible. It is found that spectra can influence each other in the photo peak region, as well as in the backscatter peak area and the Compton continuum. A further consideration of the additional effects of shielding and real-life extended source geometries shows that these do not only reduce spectrum counts but also change the spectrum shape and therefore decrease identification probability.
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-31983
http://hdl.handle.net/20.500.12708/10532
Library ID: AC07807639
Organisation: E141 - Atominstitut 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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