Optimisation of the PGAA instrument at FRM II for low background and 2D measurements
Translated title:
Optimierung des PGAA Instrumentes am FRM II auf einen niedrigen Strahlungsuntergrund und für 2D-Messungen
Author:
Canella, Lea
Year:
2011
Document type:
Dissertation
Faculty/School:
Fakultät für Chemie
Advisor:
Türler, Andreas (Prof. Dr.)
Referee:
Türler, Andreas (Prof. Dr.); Schuster, Michael (Prof. Dr.)
Language:
en
Subject group:
NUC Kerntechnik, Kernenergie; PHY Physik
Keywords:
Activation Analysis, Gamma-ray spectroscopy
Translated keywords:
Aktivierungsanalyse, Gamma-ray Spektrometrie
Abstract:
At the beginning of 2008, the new Prompt Gamma-ray Activation Analysis (PGAA) facility
started operation at the Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II). The main
characteristic of this facility is the relatively intense cold neutron beam. This property is due to
the special construction of the neutron beam guide; the last 7m are elliptically tapered, which
means that the neutrons are focused on the sample. This arrangement allows for a max. neutron
flux of 6.07 · 1010 cm−2s−1, which is currently the highest cold neutron flux worldwide. Due
to this high flux, the main problem encountered was the beam background, i.e. the radiation
background created from irradiation of construction materials.
The first part of this work was dedicated to the optimisation of the instrument. The goal achieved
was a reduction of the background by a factor of 15.
Once the instrument was optimised, measurements were dedicated to special elements like Cd,
Sm, Eu, and Gd, that have very good characteristics for this method and to archaeological
samples (old greek coins).
Another improvement of the instrument was the development of a 2D imaging system. A new
setup was installed in order to obtain spacial information about the distribution of elements
inside samples.
This imaging method was first applied to a small piece of the Allende meteorite with a different
setup developed in the frame of the European Project ANCIENT CHARM. This setup was
thought for 3D imaging, so the conditions were not optimal for 2D mapping. With this insight a
second setup was built later specially dedicated for this application. In particular, the neutron
field was reduced to a small spot of about 2x2mm2 and a two stage motor was built in order to
allow the movement of the sample in two dimensions. Moreover, the possibility to evacuate the
sample chamber was added. With this second setup the measurements on the Allende meteorite
were repeated for a comparison.
The 2D-setup was also applied in the study of the new alloy U-Mo for nuclear research. Through
a sputtering process, thin foils were produced from the target material. The goal of these
measurements was to determine the distribution of U and Mo in these foils, and the local element
ratio, in order to check the homogeneity. Nearby the foils, measurements on thin slices of
the target material were also carried out in order to check eventual changes in the elemental
distribution due to the sputtering process.
Translated abstract:
Das Instrument zur Prompten Gamma Aktivierungsanalyse, PGAA, wurde im Jahr 2008 an
der Forschungs-Neutronenquellen Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) in Betrieb genommen. Mit
einer maximalen Flussdichte von 6.07 · 1010 cm−2s−1 verfügt das Instrument über einen der
intensivsten kalten Neutronenstrahlen weltweit. Dies wird durch einen 7m langen, elliptisch
geformten Neutronenleiter erreicht, der den Strahl auf die Probenposition fokusiert. Bedingt
durch diesen hohen Fluss entsteht durch die Aktivierung von Strukturmaterialien ein hoher
Strahlungsuntergrund. Im Rahmen der Optimierung dieses Instumentes in dieser Arbeit wurde
der Hintergrund auf 1/15tel der ursprünglichen Intensität reduziert.
Anschließende Messungen wurden mit archäologischen Proben durchgeführt, wobei besonderes
Augenmerk auf die Elemente Cd, Sm, Eu und Gd gelegt wurde.
Ein neues Setup für zweidimensionale Messungen wurde entwickelt und installiert. Mit diesem
Setup ist eine ortsaufgelöste Messung der Verteilung von Elementen innerhalb der Proben möglich.
Diese Methode wurde für eine Verteilungsmessung einer gesputterten U-Mo-Folie verwendet.
Das Ziel war dabei, mögliche durch den Sputterprozess bedingte Verschiebungen des U/Mo-
Verhältnisses der Legierung aufzuzeigen und somit die Homogenität der produzierten Folien zu
überprüfen. In diesem Zusammenhang wurde auch die Zusammensetzung des ursprünglichen
Sputtertargets analysiert.
Die gleiche Methodik mit einem ähnlichen Setup wurde für eine Analyse eines Stückes des
Allende-Meteoriten im Rahmen des eruopäischen ANCIENT CHARM Projektes angewendet.
Dieses Setup war ursprünglich für 3D-Messungen ausgelegt und bildete die Grundlage für die
oben beschriebene verbesserte 2D-Methodik. Vergleichsmessungen zeigen den Fortschritt durch
den kleineren Strahlfleck (2x2mm2) und die evakuierte Probenkammer.
Login
BibTeX