Karimzadeh, S. (2011). Neutronics simulation and experimental investigation of nuclear security related instrumentation by using different neutron spectrum hardness [Dissertation, Technische Universität Wien]. reposiTUm. http://hdl.handle.net/20.500.12708/160466
Radioisotope Identification Devices (RIDs) werden eingesetzt, um Nuklearmaterialien (U, Pu) oder radioaktive Quellen (z.B. Gamma und Neutronemitter) zu detektieren und zu identifizieren. Diese speziellen Geräte sind als tragbare Geräte oder als Portalmonitore für verschiedene Anwendungen entwickelt worden. Sie spielen eine große Rolle im Bereich der Nuklearsicherheit (Nuclear Security z. B. Anwendungen im Bereich der Bekämpfung des unerlaubtes Handeln von Nuklearmaterialien oder radioaktiven Quellen). Diese Geräte können auch benutzt werden, um Nuklearterrorismus zu verhindern wie z.B. unerlaubter Transport von Spaltmaterialien oder radiologische Kontamination von öffentlichen Bereichen (Radiological Dispersion Device (RDD), Nuclear Dispersion Device (NDD)). Die Hauptbestandteile dieser Instrumente sind Gamma/Neutrondetektoren oder kombinierte Gamma-Neutron Detektoren. Folgende vier Schwerpunkte sind für die Durchführung dieser Arbeit festgelegt worden: * Neutronzählrate und Neutrondosisleistung Indikation and Erkennung der Neutrondetektoren in Abhängigkeit der Neutronspektrumshärte (Berechnung und experimentelle Untersuchung) * Neutron Effizienz der Neutrondetektoren in Abhängigkeit der Neutronspektrumshärte (Berechnung) * Bestimmung des Mindestmenge eines Neutronemitters durch die Anwendung des Neutronendosisleistung Indikation (kombinierte Gamma- und Neutronendetektion) * Die Möglichkeit der Neutronenindikation durch Gamma-Spektrometrie und Bestimmung der Menge des Neutronemitters Standard Nuclear Security Instrumente (vier RIDs, ein planarer Germaniumdetektor (planar HPGe) und ein Neutronen-Suchgerät (NSD)) wurden für diese Arbeit ausgewählt und die Ergebnisse wurden mit den experimentellen Daten der Referenz-Detektorsysteme verglichen. Die Umgebungsparameter für die experimentelle Untersuchung wurden möglichst ähnlich gewählt wie bei einem Feldeinsatz, dies wurde durch Korrekturparameter für Umwelt und Geometrie erzielt. Bei den Experimenten wurden Neutronenquellen mit bekanntem Neutronspektrum verwendet, die Härte der Neutronenspektren wurde durch Neutronmoderatoren modifiziert. Die experimentellen Untersuchungen erfolgten unter realistischen Bedingungen und berücksichtigten die Beeinflussung der Neutronspektren bei unterschiedlichen Absorptionsmaterialien. Zusätzlich zur experimentellen Arbeit wurden Rechenprogramme verwendet, um die Neutronenparameter (wie z.B. Spektren, Neutronenflussdichte, Kritikalität, Neutronendosis, Neutronreaktionsrate, Neutroneneffizienz der Detektoren sowie Sekundärgammastrahlung) zu simulieren und experimentell zu bestätigen.
Radioactive Isotope Identification Devices (RIDs) are used to detect, intercept and identify nuclear materials (i.e. U, Pu) and radioactive sources (gamma and neutron emitters). These special devices are available for different applications such as hand held equipments or portal monitors. These equipments are related to nuclear security issues and applications such as illicit trafficking of nuclear material or radioactive sources and finally they can be used to prevent nuclear terrorism (i.e. illicit transportation of fissile material, Radiological Dispersion Device (RDD) or Nuclear Dispersion Device (NDD)). The main parts of these equipments are gamma/neutron detectors or combined gamma-neutron detectors. There are four major topics in this project: * Neutron count rate and dose rate indication of the neutron detectors in dependence on neutron spectra hardness (calculation and experimental investigation) * Neutron detection efficiency calculation in dependence on neutron spectra hardness (calculation) * Determination of the minimum amount of neutron emitter by using neutron dose rate indication (combined gamma and neutron detection) * The possibility of neutron detection by gamma spectrometry and determination of the amount of neutron emitter Standard nuclear security equipments (four RIDs, planar High Purity Germanium Detector (planar HPGe) and Neutron Search Detector (NSD)) are selected for this project and results were compared with the experimental data gathered from reference detector systems. The environment for the experimental investigation has been selected as in the field and correction parameters due to the environment and geometry are given. Spectra of isotopic neutron sources are selected and used as reference and the hardness of the neutron spectra is modified by using neutron moderators. The experimental investigation demonstrates the ability of the detectors under real conditions for the major tasks (i.e. the dependency of neutron spectra due to absorbing layers of different materials). In addition to the experimental work, neutronics codes are used to simulate and validate the neutronics parameters (i.e. neut ron spectra, neutron flux, criticality, neutron dose rate, neutron reaction rate, neutron detection efficiency of detectors and generation of prompt gamma spectra and neutron-induced gamma rays).
