Nikkinen, M. (2010). Software based solutions to ensure quality and correctness within gamma ray spectrum analysis [Dissertation, Technische Universität Wien]. reposiTUm. http://hdl.handle.net/20.500.12708/159847
Diese Dissertation präsentiert verschiedene auf Software basierende Lösungsmethoden, die verwendet werden um die Zuverlässigkeit und die Qualität der Analyse von Gammaspektren zu gewährleisten. Die meisten dieser Konzepte wurden während der Entwicklung der auf die Auswertung von Gammaspektren ausgelegten Software Sampo von 1989 bis 2009 getestet. Die Kernpunkte betreffen die Kalibriergenauigkeit, das Auffinden von Gammapeaks, die Flächenbestimmung unter Gammapeaks, die Identifizierung der Radionuklide und die Handhabung von Daten und ihrer Erfassung. Die zuverlässige Analyse von Gammaspektren ist eine notwendige Voraussetzung für unterschiedliche Anwendungen im Bereich des nuklearen Kontrollregimes. Diese Arbeit präsentiert die Verwendung der Instrumente zur Analyse und Kalibrierung für die Auswertung von Umweltproben sowie für Neutronenaktivierungsanalysen als auch für die Überprüfung abgebrannter Kernbrennstäbe, mobiler Feldmesstechnik und für die Untersuchung von Kernwaffentests. Im Falle komplizierter Gammaspektren sind zwei Hauptpunkte ausschlaggebend für die Genauigkeit der Analyse: Die Sichtkontrolle der Spektralanalyse besonders bei der Bestimmung der Peakfläche und die Mittel zur Berechnung der statistischen Signifikanz kleiner Peaks. Andererseits ist eine Quantifizierung der Aktivität nicht immer notwendig. Manchmal reicht es die Präsenz oder das Fehlen bestimmter Radionuklide sicherzustellen. In solchen Fällen kann ein einfacher Hypothesentest während den Messungen durchgeführt werden um die Detektorzeit zu optimieren. Die Kalibriergenauigkeit von Gammaspektren kann durch relativ einfache Testmessungen vor den eigentlichen Messungen überprüft werden. Dies ist besonders wichtig bei kritischen Messungen, wie eine Echtzeitmessung zur Bestimmung von möglichem Fallout eines Reaktorunfalls, wo die Notwendigkeit besteht, sofort im Anschluss an die Messungen Bericht zu erstatten. Für manche Anwendungen ist die Anzahl der Spektren so hoch, dass eine automatische Datenauswertung notwendig wird. In diesem Fall ist es wichtig, dass die Software in der Lage ist den Benutzer auf Spektren aufmerksam zu machen, die eine Nachprüfung durch einen Menschen benötigen. Ebenso wichtig ist eine Alarmierung bei interessanten Ergebnissen. Ein solches System wurde aufgebaut um eine Bereitschaft zur Analyse von Umweltproben (Luftfilter) zu gewährleisten. Dieses System wird schon seit über zehn Jahren erfolgreich zur Überwachung des Kernwaffenteststopp-Vertrages von verschiedenen nationalen Datenzentren, die Umweltmesswerte aufzeichnen, verwendet.
This dissertation is a collection of various software based solutions that are used to assure the reliability and quality of gamma-ray spectrum analysis. Most of these ideas were tested during the development of the gamma-ray spectrum analysis software Sampo in 1989-2009. Main issues are related to ensure the correctness of calibrations, gamma-ray peak finding, gamma-ray peak area determination, radionuclide identification and management of data acquisition and data management. Reliable gamma spectrum analysis is a necessary pre-requisite for various applications in the field of nuclear verification. This work presents how the analysis and calibration tools have been used in environmental sample analysis, neutron activation analysis, verification of spent nuclear fuel, mobile in-situ measurements and in nuclear test verification. If the gamma-ray spectrum is complicated, two major contributors are necessary to assure correctness of the analysis: visual management of the spectrum analysis, particularly in the peak area determination, and tools to assess the statistical significance of small peaks. Quantification of the isotopes is not always necessary for analysis purposes. Sometimes it is enough to be able to assure the presence or absence of certain radionuclide. In those cases, a simple hypothesis testing during the measurements will suffice to optimize the use of detector time. Gamma-ray spectrum calibration correctness can be checked with relatively simple test measurements before the actual measurements are taken. This is especially important when there is a need to report immediately after a critical measurement, for example in case of real-time in-situ measurements that are needed to evaluate possible fall-out after a nuclear accident. In some applications, the number of spectra to be analyzed is so high that automatic data evaluation is needed. In this case, it is important that the applied software is able to warn the user about spectra which require human review or which can provide an alarm of interesting findings. Precisely, this kind of system was set up to assure the preparedness of environmental sample (air filter) analysis. This system has successfully been used for more than 10 years in the surveillance of Comprehensive Nuclear Test-Ban-Treaty measurements at various National Data Centres that wish to monitor environment.
