Hochauflösende Beta-Gamma Koinzidenzmessung von Radio-Xenon

Abstract

Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung und den Aufbau eines Systems zur Messung von vier Radioisotopen des Edelgases Xenon im Rahmen eines Projekts der CTBTO, einer autonomen Sonderorganisation der UNO, welche die Überwachung der Einhaltung des Kernwaffenteststopvertrags zur Aufgabe hat. Neben seismischen und akustischen Messungen ist der atmosphärische Nachweis der Xenonisotope 131mXe, 133Xe, 133mXe und 135Xe im charakteristischen Verhältnis zueinander schlüssiger Hinweis auf die stattgefundene Explosion einer Kernwaffe.<br />Da die Menge dieser Isotope in der Luft, je nach Entfernung der Messstation von der Explosionsquelle, sehr gering sein kann, muss das Messsystem eine möglichst niedrige Nachweisgrenze besitzen. Die Nachweisgrenze wird dabei vor allem von der Effizienz der Detektoren aber auch von der Hintergrundstrahlung während der Messung bestimmt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Beta-Gamma Koinzidenz System entwickelt, welches aufgrund seiner geringen Hintergrundstrahlungsempfindlichkeit eine deutlich niedrigere Nachweisgrenze verspricht. Um dieses System noch unempfindlicher gegenüber Hintergrundstrahlung zu machen, wurden für den Nachweis der Betas und Gammas hochauflösende Halbleiterdetektoren verwendet. Als Betadetektor dient ein Siliziumdetektor, als Gammadetektor ein hochreiner Germaniumdetektor (HPGe). Aus Kostengründen wurde ein bereits vorhandener HPGe Detektor verwendet. Für den ebenfalls vorhandenen Betadetektor wurde eine eigene Messdose entwickelt. Wie zu erwarten war, konnte durch den Einsatz des Koinzidenzsystems der Einfluss der Hintergrundstrahlung nahezu vollständig zum Verschwinden gebracht werden. Leider wurde durch die zu niedrige Effizienz des verfügbaren Betadetektors die Gesamteffizienz des Systems soweit gesenkt, dass durch den Koinzidenzbetrieb keine nennenswerte Senkung der Nachweisgrenze gegenüber dem herkömmlichen Betrieb des Gammadetektors möglich war. Dennoch konnten wesentliche Erkenntnisse für die Neukonzeption eines Systems mit besser geeigneten Detektoren gewonnen werden. Im Rahmen des Projektes für die CTBTO gab es auch Vergleichsmessungen mit Detektorsystemen, die speziell im Auftrag der CTBTO entwickelt wurden. Leider konnten aus Vertraulichkeitsgründen diese Ergebnisse nicht Eingang in die vorliegende Arbeit finden.<br />