Spektroskopický detektor gama záření vysokých dávkových příkonů

Abstract

Diplomová práce zkoumá možnosti spektroskopického měření vysokých dávkových příkonů (HD) gama záření pro obor radiačního monitoringu. Nedávné nehody a aktuální stav ve vědě a výzkumu ukazují nedostatečnou připravenost na krizové situace ve smyslu spektrometrické identifikace jednotlivých vyzařujících nuklidů. Tato práce prezentuje vývoj základu HD spektrometru pro gama záření v rozsahu od 30 keV do 3 MeV, který je podložen pečlivým výběrem vhodného detekčního materiálu, velikostí detektoru a bere v potaz nároky na své použití, tj. dlouhodobé monitorování v teplotním rozsahu od -40 °C do 60 °C. Dva typy detektorů malých rozměrů z materiálů CdZnTe a CeBr3, které byly vybrány na základě simulací Monte-Carlo v programu Geant4, poskytují uspokojivé výsledky jak z hlediska výsledného tvaru spektra, tak z hlediska dosažitelných dávkových příkonů a teplotní stability. V práci jsou analyzována dosažená omezení detektorů (včetně použité elektroniky a 16MHz MCA). Z této analýzy vyplývá možnost vylepšení, zejména možnost dosažení ještě vyšších dávkových příkonů (>250 mSv/h)

The master thesis studies a possibility of energy spectrum measurement at high dose rates (HD) of gamma radiation in the field of environmental radiation monitoring. Recent disasters and state of the art show lack of preparedness for emergency situations by means of spectrometers (i. e. the possibility of nuclide identification). This work presents a core development of a HD spectrometer for gamma-rays from 30 keV to 3 MeV by carefully selecting the detector's material, size and considering its suitability for long-term monitoring in a temperature range from -40 °C to 60 °C. The small cadmium zinc telluride (CdZnTe) and cerium bromide (CeBr3) detectors selected based on Monte-Carlo simulations in Geant4 yield satisfactory results in terms of their spectrum shape (e. g. Peak-To-Compton ratio), achieved HD limit and temperature stability. The exploited limitations of the detectors, including the electronics and the 16 MHz MCA used, are further analyzed and show a possibility of improvement and achievement of even higher dose rates (>250 mSv/h).