Gammaspektrometrische Bestimmung von 241Am und Analyse inhomogener Aktivitätskonzentrationen im Zusammenhang mit der Freigabe radioaktiver Stoffe

Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit der Inhomogenität von 241Am bezogen auf die Freigabevon Bodenproben. Das Ziel ist es, die 241Am-Aktivitätskonzentration auf ihre Inhomogenität zu untersuchen und Möglichkeiten aufzuzeigen, wie diese inhomogene Aktivitätsverteilung berücksichtigt werden kann, um mittels einzelner Stichproben eine gesicherte Freigabe, von Bodenmaterial bis zu 200 kg, zu ermöglichen. Die Messproben wurden mithilfe von Gammaspektrometrie zweifach gemessen, wobei diese bei der zweiten Messung "auf den Kopf" (in der Vertikalen um 180 ° gewendet) auf den Germaniumdetektor gestellt wurden, um die tatsächliche Aktivitätskonzentration möglichst realitätsnah abschätzen zu können.Die Problematik der Inhomogenität des Radionuklids 241Am und wie sich diese auf die Messergebnisse von radioaktiven Material auswirkt, wird untersucht. Da 241Am häufig als Punktquelle oder sogenannte "Hot Spots" vorkommt, kann von einer inhomogenen Verteilung ausgegangen werden. Zusätzlich hat 241Am eine geringe Gammaenergie von 59,5 keV, daher ist 241Am bei einem größeren Abstand zum Detektor schwerer zu messen. Auÿerdem liegt eine hohe Selbstabsorption durch die Probe vor, da das Probenmaterial einen Teil der Strahlungsintensität abschirmt und sie somit nicht vollständig beim Detektor ankommt. Es werden unterschiedliche Methoden betrachtet, um Faktoren oder Messabweichungen aufzustellen, die die Inhomogenitäten von 241Am quantifizieren und berücksichtigen.Zuerst wird das Problem der inhomogenen Aktivitätsverteilung durch die Berechnungder Efficiency dargestellt. Die Efficiency gibt an, wie groß der Anteil der emittierten Photonen ist, der tatsächlich beim Detektor ankommt. Dabei wird die Probengeometrie mithilfe des Programms "Geometry Composer" nachgestellt und für unterschiedliche Positionen einer Punktquelle die Efficiency ermittelt. Damit lassen sich Rückschlüsse ziehen, welche Auswirkungen die Position einer Punktquelle, innerhalb der Geometrie, auf die Messergebnisse hat. Weiters werden Kriterien aufgestellt, die es ermöglichen sollen, homogene und inhomogene Proben voneinander zu unterscheiden. Somit können die gemessenen Aktivitätskonzentrationenvon 241Am analysiert werden. Mithilfe der Kriterien lassen sich Messabweichungenberechnen, die die Inhomogenitäten von 241Am für das Gesamtmaterial abdecken sollen. Neben den Messabweichungen, lassen sich auch Faktoren ermitteln, die für verschiedene Anwendungen ebenfalls dafür sorgen, dass die Inhomogenität von 241Am berücksichtigt wird.

This thesis covers the analysis of inhomogeneity of 241Am in the context of theclearance of soil samples. The goal is to present options, which take the inhomogeneousdistribution of 241Am into account, so clearance for 200 kg soil materialcan be done by only taking few random samples. Each sample was measured twiceusing gamma spectrometry. For the second measurement the sample was turnedupside down, to get a better estimate of the real activity concentration of 241Am.First, the problems associated with the inhomogeneity of the radionuclide 241Amis described and its influence on the measurement results. 241Am occurs mainly aspoint sources or so called "hot spots", which leads to a non-homogeneous distributionof 241Am. In addition 241Am has a low gamma energy of 59,5 keV, thereforea bigger distance between the 241Am source and the detector, makes the activityconcentration measurement harder. Moreover, the sample itself has a high selfabsorption,so the gamma-ray intensity gets shield by the medium. This thesispresents different methods to calculate factors or uncertainties, to cover the 241Aminhomogeneities.The problem of an inhomogeneous activity distribution can be illustrated bycalculation of the effciency. The eciency is the ratio of the number of detectedphotons to the number of emitted photons by the source. For the determinationof the effciency a program called "Geometry Composer" is used. In that programthe used sample geometry and source point position can be chosen. Thisallows conclusion to be drawn about the effects of the position of the source hason the measurement results. Furthermore, two criteria were established to splitthe samples into homogeneous and inhomogeneous ones. So the activity concentrationsof 241Am can be analysed. These criteria are also the base for evaluatinguncertainties, which should cover the inhomogeneity of 241Am. In addition, it isalso possible to cover the inhomogeneity by multiplication of a factor. Thereforefour factors where determined, which can be used for different applications.