Voorbeeld NVN Preview. Radioactiviteitsmetingen. In-situ halfgeleider-gammaspectrometrie met stationaire meetopstellingen.

Transcriptie

1 Nederlandse NVN 5690 Radioactiviteitsmetingen. In-situ halfgeleider-gammaspectrometrie met stationaire meetopstellingen Radioactivity measurements. In-situ semiconductor gammaspectrometry with stationary measuring set-ups 1e druk, mei 1994 UDC Dit document mag slechts op een stand-alone PC worden geinstalleerd. Gebruik op een netwerk is alleen. toestaan als een aanvullende licentieovereenkomst voor netwerkgebruik met NN is afgesloten. This document may only be used on a stand-alone PC. Use in a network is only permitted when a supplementary license agreement for us in a network with NN has been concluded. 1 Onderwerp en toepassingsgebied Deze voornorm beschrijft een methode voor de bepaling van een recente bodembesmetting met gammastraling uitzendende nucliden door middel van in-situ halfgeleider-gammaspectrometrie. De voornorm omvat de energiekalibratie, de bepaling van het telrendement, opname en analyse van het spectrum en berekening van de bodembesmetting. De voornorm is van toepassing op de bepaling met stationaire meetopstellingen van recente bodembesmettingen met gammastraling uitzendende nucliden met gammaenergieën van 0,1 tot 3 MeV. De beschreven methode beperkt zich tot bodembesmettingen waarvan de indringdiepte van de activiteit in de bodem verwaarloosbaar is (zuivere oppervlaktebesmetting). De methode is alleen toepasbaar wanneer de activiteit in de lucht (bijvoorbeeld aan aërosolen gebonden radionucliden) verwaarloosbaar is. Door toepassing van de beschreven methode wordt de bodembesmetting over een groot oppervlak gemiddeld, zonder dat er een groot aantal bodemmonsters moeten worden genomen. Hierdoor kan snel informatie over recente deposities worden verzameld. In bijlage A wordt informatief beschreven hoe de methode kan worden gebruikt voor metingen van activiteit die in de bodem is ingedrongen. 2 Normatieve verwijzingen De volgende normen bevatten bepalingen die, doordat ernaar wordt verwezen, tevens bepalingen van deze norm zijn. Op het ogenblik van publikatie van de onderhavige norm waren de vermelde drukken van kracht. Alle normen kunnen echter worden herzien; partijen die overeenkomsten sluiten op basis van deze norm wordt daarom aanbevolen na te gaan of het mogelijk is, de meest recente druk van de onderstaande normen toe te passen. NVN 5623:1991 Radioactiviteitsmetingen. Bepaling van de activiteit van gammastraling uitzendende nucliden in een telmonster met behulp van halfgeleider-gammaspectrometrie NN 10340:1980 Versterkers en voorversterkers voor halfgeleiderdetectoren voor ioniserende straling. Beproevingsmethoden (IC 340:1979) NN 10659:1981 Veelkanaals impulshoogte-analysatoren. Beproevingsmethoden (IC 659:1979) IC 973:1989 Test procedures for germanium gamma-ray detectors 3 Termen en definities De termen en definities die in deze voornorm gelden, zijn beschreven in NN In afwijking hierop gelden: 3.1 detectorrendement, D : De verhouding tussen het aantal gedetecteerde gammaquanten en het aantal gammaquanten van dezelfde energie dat de detector bereikt in hetzelfde tijdsinterval. 3.2 areïeke gamma-emissietempo, q: Het aantal gammaquanten dat vanuit een oppervlak wordt geëmitteerd per eenheid van oppervlak en eenheid van tijd. 4 Beginsel en onafgeschermde halfgeleiderdetector wordt ten minste 1 meter boven het te meten bodemoppervlak geplaatst. De detector wordt zo geplaatst dat er tussen de detector en de bodem geen obstakels aanwezig zijn. Met een pulssorteerder (multichannel pulse amplitude analyser) wordt het gammaspectrum geregistreerd. Dit spectrum wordt met behulp van een radionuclidenbibliotheek geanalyseerd. De areïeke activiteit van de grond wordt vervolgens berekend. 5 Hulpstoffen en of verscheidene kalibratiebron(nen) die gammaquanten uitzendt/uitzenden met energieën die zijn verdeeld over het gehele te beschouwen energiegebied en waarvan de activiteit bekend is met een gespecificeerde onnauwkeurigheid van minder dan 5 % (1 standaard-afwijking). Indien het energiegebied tussen 0,1 en 2 MeV wordt geanalyseerd, moet(en) de gebruikte kalibratiebron(nen) gammaquanten uitzenden met ten minste de volgende energieën: iedere 0,1 MeV tussen 0,1 en 0,3 MeV, ten minste iedere 0,2 MeV tussen 0,3 en 1,4 MeV en ten minste één energie tussen 1,4 en 2 MeV. Indien ook het energiegebied tussen 2 en 3 MeV wordt geanalyseerd dan ook ten minste één energie in dit energiegebied. De kalibratiebronnen moeten puntbronnen zijn. 6 Toestellen 6.1 In-situ halfgeleider-gammaspectrometrie-meetopstelling. en complete in-situ halfgeleider-gammaspectrometrieopstelling bestaat uit een aantal onderdelen. De verschillende onderdelen kunnen ook routinematig worden gebruikt voor andere veld- of laboratorium-gammameetopstellingen. Voor het gebruik bij in-situ halfgeleider-gammaspectrometrie moeten de onderdelen bestand zijn tegen transport en milieu-invloeden. De onder Nederlands Normalisatie-instituut Kalfjeslaan 2, Postbus 5059, 2600 GB Delft, Telefoon (015) , Fax (015)

2 Blz. 2 delen moeten samen een draagbare of transporteerbare opstelling vormen. In het algemeen bestaat een in-situ halfgeleider-gammaspectrometrie opstelling uit de volgende onderdelen: Germaniumdetector (Ge(Li)- of high purity Gekristal), waarvan de afmetingen van het kristal en het relatieve rendement voor gammaquanten van 1332 kev ten opzichte van een 7,6 cm 7,6 cm (3 in 3 in) NaI(Tl)-detector bekend zijn. De detector moet voldoen aan de eisen zoals vastgelegd in IC Cryostaat, waarmee de halfgeleiderdetector kan worden gekoeld tot de temperatuur van vloeibare stikstof. Bij halfgeleiderdetectoren wordt de ruis voornamelijk bepaald door de temperatuur van het halfgeleidermateriaal. Koeling met vloeibare stikstof zal de ruis voor de meeste toepassingen voldoende laag houden Hoogspanningsvoeding Voorversterker. De voorversterker moet voldoen aan de eisen zoals vastgelegd in NN De voorversterker bepaalt in hoge mate de kwaliteit van het gehele meetsysteem, daar zowel de ruis als de energieresolutie afhangt van de eigenschappen van de voorversterker. Gewoonlijk wordt de voorversterker dicht bij de detector geplaatst. Hierdoor is het mogelijk de ingangstrap van de versterker te koelen waardoor het ruisniveau en de energieresolutie worden verbeterd Hoofdversterker met mogelijkheden voor pulsvorming en basislijnherstel. De hoofdversterker moet voldoen aan de eisen zoals vastgelegd in NN Pulssorteerder (multichannel pulse amplitude analyser). Indien het energiegebied tussen 0,1 en 2 MeV wordt geanalyseerd, moet de pulssorteerder over ten minste 4096 kanalen beschikken. Wordt een groter energiegebied geanalyseerd, dan moet de pulssorteerder over een evenredig aangepast aantal kanalen beschikken. De pulssorteerder moet voldoen aan de eisen zoals vastgelegd in NN De pulssorteerder kan ook bestaan uit een insteekkaart voor een computer (6.1.8) Tijdmeter voor het bepalen van de teltijd. De meettijd moet worden gecorrigeerd voor de dode tijd van de meetopstelling Computer met bijbehorende randapparatuur en programmatuur. De computer moet in combinatie met de beschikbare apparatuur en programmatuur in staat zijn om: a) een spectrum te zamen met de verschillende variabelen (identificatie monster, de meetlokatie, datum, teltijd e.d.) van de pulssorteerder uit te lezen; b) het spectrum te reproduceren op een beeldscherm, plotter of een printer en op te slaan in een geheugenmedium; c) de energiekalibratie (dat is het relateren van de kanaalnummers aan de desbetreffende energieën) uit te voeren met behulp van een of meer kalibratiebronnen; d) het energie-afhankelijke telrendement te bepalen; e) pieken op te sporen, de piekbreedte op halve hoogte (FWHM), de centrode en het netto-aantal telpulsen in de fotopiek te bepalen en de bijbehorende fouten en fitparameters weer te geven; f) op grond van de energieën van de gevonden pieken, de aanwezige radionucliden te identificeren aan de hand van een radionuclidenbibliotheek; g) op grond van het berekende netto-aantal telpulsen in de fotopiek, het telrendement, de voor de dode tijd gecorrigeerde teltijd en de vertakkingsfractie van de desbetreffende gamma-overgang de aanwezige activiteit met de variatiecoëfficiënt en de laagst aantoonbare activiteit te berekenen. Voordat de programmatuur routinematig in gebruik wordt genomen moet een controle plaatsvinden van de numerieke resultaten. Met name is het van belang na te gaan of de wijze waarop het continuüm onder een fotopiek wordt bepaald, samengestelde pieken worden ontrafeld en pieken met een klein aantal telpulsen worden geanalyseerd, correcte resultaten oplevert. Tijdens het gebruik moet regelmatig een visuele controle en een kritische evaluatie van de door het programma gegeven resultaten plaatsvinden Statief, om de halfgeleiderdetector op een hoogte van ten minste 1 meter boven de bodem te positioneren. Hierbij moet de detector in de richting van de bodem wijzen. De ruimte tussen bodem en detector moet vrij zijn van objecten. 7 Kalibratie 7.1 nergiekalibratie Plaats een kalibratiebron (5) op een afstand van 30 cm van de halfgeleiderdetector. Regel de versterker en de pulssorteerder zo af dat het eerste kanaal overeenkomt met een energie van tussen 0 en 50 kev en dat elk kanaal overeenkomt met een energie van ongeveer 0,5 kev. Vooral bij complexe spectra is het van belang over zoveel kanalen te beschikken dat de piekbreedte op halve hoogte (FWHM) voor de te analyseren fotopieken ten minste drie kanalen omvat (in het algemeen zullen ten minste zeven kanalen nodig zijn om een piek nauwkeurig genoeg te kunnen analyseren). Bepaal met behulp van de kanaalnummers waarin de fotopieken van de kalibratiebronnen worden geteld en de energieën waarmee deze fotopieken overeenkomen, het verband tussen kanaalnummer en energie. Bepaal de wiskundige uitdrukking waarmee dit verband met een nauwkeurigheid van 0,1 kev of beter wordt beschreven. Herhaal de energiekalibratie bij frequent meten een of tweemaal per week, ook in geval de versterking constant wordt gehouden. Bij minder frequent meten moet een energiekalibratie plaatsvinden voorafgaande aan iedere reeks metingen. 7.2 Bepaling van het telrendement Algemeen De basisformule voor het telrendement voor in-situ halfgeleider-gammaspectrometrie wordt in termen van het teltempo van de fotopiek (R), het areïeke gamma-emissietempo van de bron (q) en de gammafluxdichtheid ( ) als volgt uitgedrukt: R f q R f R 0 R 0 q F r D (1)

3 Blz. 3 R f q F r R f R 0 is het telrendement voor energie in geometrie G, in m 2 ; is de correctiefactor voor de richtingsafhankelijkheid van de detector in geometrie G voor gamma-energie, dimensieloos; D R 0 is het detectorrendement voor een parallelle bundel gammastraling met energie, in m 2 ; q is het geometrisch rendement voor gammastraling met energie in geometrie G, dimensieloos; R f is het nettoteltempo van de fotopiek overeenkomend met gamma-energie na telling in geometrie G, in s 1 ; R 0 is het nettoteltempo van de fotopiek voor een parallelle bundel gammastraling met energie die loodrecht invalt op de voorzijde van de detector, in s 1 ; q is het areïeke gamma-emissietempo voor gammaquanten met gamma-energie, in s 1 m 2 (q = A i P,i waarin A is de activiteit van radionuclide i en P,i is de vertakkingsfractie van radionuclide i voor de gamma-energie ); is de gammafluxdichtheid ter plaatse van de detector, in s 1 m 2. De correctiefactoren voor de richtingsafhankelijkheid, het detectorrendement en het geometrische rendement zijn te berekenen. Hiervoor moeten de afmetingen van het halfgeleiderkristal en het relatieve rendement van de halfgeleiderdetector voor gammaquanten van 1332 kev ten opzichte van een 7,6 cm 7,6 cm (3 in 3 in) NaI(Tl)-detector bekend zijn. In 7.2.2, en wordt beschreven hoe de correctiefactoren voor de richtingsafhankelijkheid, het detectorrendement en het geometrische rendement voor een recente bodembesmetting moeten worden berekend. De onzekerheid van de correctiefactoren is in de orde van 10 % (> 500 kev) tot 15 % ( kev) [1]. N 1. Indien de afmetingen van het kristal en/of het relatieve rendement niet bekend zijn kunnen de correctiefactoren voor de richtingsafhankelijkheid en het detectierendement empirisch worden bepaald. Hiervoor wordt verwezen naar Helfer et al. [1]. Indien de correctiefactoren empirisch worden bepaald, vermeld dit dan in het verslag. 2. Het telrendement kan ook worden berekend door middel van een Monto-Carloberekening. In dat geval wordt het telrendement berekend als functie van de hoogte van de detector en de gamma-energie. Voor meer informatie wordt verwezen naar Overwater et al. [2]. Indien het telrendement met behulp van een Monto-Carloberekening wordt bepaald, vermeld dit dan in het verslag Correctiefactor voor de richtingsafhankelijkheid De correctiefactor voor de richtingsafhankelijkheid van de detector (F r ) is afhankelijk van de verhouding (L/D) tussen de lengte (L) en de middellijn (D) van het halfgeleiderkristal en de gamma-energie. In tabel 1 worden waarden van de correctiefactor voor de richtingsafhankelijkheid F r voor verschillende verhoudingen lengte-middellijn L/D en gamma-energieën geven. Bepaal hiermee door interpolatie voor de halfgeleiderdetector de correctiefactor voor de richtingsafhankelijkheid F r als functie van de gamma-energie Detectorrendement Het detectorrendement is afhankelijk van de gamma energie (). Voor gamma-energieën tussen de 200 kev en 3 MeV wordt deze afhankelijkheid beschreven met de formule: ln D a b ln (2) D is het detectorrendement voor een parallelle bundel gammastraling met energie, in m 2 ; is de gamma-energie, in MeV; a, b zijn constanten die afhankelijk van de detector zijn. De constanten a en b zijn met behulp van de volgende formules te berekenen [1]: a 10, 616 0, 449 ln NaI 0, 0969 (ln NaI ) 2 (3) b 1, 315 0, NaI 0, NaI (4) NaI is het relatieve rendement van de halfgeleiderdetector voor 1332 kev ten opzicht van een 7,6 cm 7, 6 cm (3 in 3 in) NaI(Tl)-detector, in % Geometrisch rendement Voor recente bodembesmettingen waarvan de indringdiepte van de activiteit in de bodem verwaarloosbaar is (zuivere oppervlaktebesmetting), is het geometrisch rendement als volgt te berekenen: 1( a h) (5) 2 is het geometrisch rendement voor gammastraling met energie in geometrie G, dimensieloos; a is de lineaire verzwakkingscoëfficiënt in lucht, in m 1 ; h is de afstand tussen de bodem en de halfgeleiderdetector, in m; 1 ( a h) is de exponentiële integraal van de eerste orde: 0 1 ( a h) 1 exp a h y y dy (6) De exponentiële integraal 1 moet numeriek worden opgelost. In tabel 2 zijn voor verwaarloosbare indringdiepte waarden van het geometrische rendement opgenomen. Voor andere afstanden tussen de detector en bodem moet het geometrisch rendement worden berekend met formule (5).

4 Blz. 4 Tabel 1: Correctiefactoren voor de richtingsafhankelijkheid van de detector (F r ) voor een bodembesmetting waarvan de indringdiepte van de activiteit in de bodem verwaarloosbaar is voor verschillende verhoudingen (L/D) tussen de lengte (L) en de middellijn (D) van het halfgeleiderkristal en verschillende gamma-energieën (). De detector is gericht naar de bodem [1] L/D (MeV) 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 0,3 0,80 0,80 0,81 0,83 0,88 0,97 1,07 1,19 1,35 0,5 0,82 0,82 0,83 0,85 0,90 0,97 1,06 1,16 1,29 0,7 0,83 0,84 0,85 0,87 0,91 0,97 1,05 1,14 1,25 1,0 0,85 0,85 0,86 0,88 0,92 0,97 1,04 1,12 1,22 1,5 0,86 0,87 0,88 0,90 0,93 0,97 1,03 1,10 1,17 2,0 0,88 0,89 0,90 0,91 0,93 0,97 1,02 1,08 1,14 2,5 0,89 0,90 0,91 0,92 0,94 0,97 1,01 1,07 1,12 Tabel 2: (kev) Geometrische rendementen ( ) voor een bodembesmetting waarvan de indringdiepte van de activiteit in de bodem verwaarloosbaar is en een afstand tussen de detector en de bodem van 1 meter (h = 1 m) voor verschillende gamma-energieën () [1] (kev) 50 1, , , , , , , , , , , , , , , , , ,385 8 Meting Plaats de halfgeleiderdetector met een statief 1 meter boven de bodem, waarbij de detector in de richting van het bodemoppervlak wijst. De ruimte tussen de detector en de bodem moet vrij van objecten zijn. De afstand tot bebouwing, beplanting en dergelijke moet ten minste tweemaal de hoogte van deze obstakels zijn, met een minimum van 20 meter. Binnen dit gebied moet het terrein ook vlak zijn. Om recente depositie te kunnen bepalen moet de bodem ongestoord zijn, er mag bijvoorbeeld niet recent zijn geploegd. en groot grasveld lijkt geschikt voor dergelijke metingen [1]. Tel gedurende een voldoend lange tijd om de gewenste radionucliden te kunnen detecteren, of de gewenste laagst aantoonbare activiteit te kunnen bereiken. Noteer de datum, het tijdstip van begin en eind van de meting. Beschrijf de meetlokatie bij voorkeur door middel van de kaartcoördinaten volgens het verschoven stelsel van de Rijksdriehoeksmeting aangevuld met een nadere omschrijving. 9 Analyse gammaspectrum Bepaal voor elke fotopiek in het gammaspectrum de gamma-energie die overeenkomt met de centroïde van de fotopiek. Inventariseer welke radionucliden kunnen worden toegewezen aan de aangetoonde fotopieken. Bepaal het nettoteltempo behorende bij de aangetoonde fotopieken in het gammaspectrum als volgt: R n,i R b,i R c,i N b,i N c,i (7) t m t m R n,i is het nettoteltempo van de fotopiek toegekend aan radionuclide i met gamma-energie, in s 1 ; R b,i is het brutoteltempo van de fotopiek toegekend aan radionuclide i met gamma-energie, in s 1 ; R c,i is het teltempo van het continuüm (zie NVN 5623, bijlage A) onder de fotopiek toegekend aan radionuclide i met gamma-energie, in s 1 ; N b,i is het totaal aantal telpulsen dat is verzameld in de kanalen behorende tot de fotopiek toegekend aan radionuclide i met gamma-energie ; N c,i is het aantal telpulsen dat is verzameld in het continuüm (zie NVN 5623, bijlage A) onder de fotopiek toegekend aan radionuclide i met gamma-energie ; t m is de voor de dode tijd gecorrigeerde teltijd, in s. Voer voor alle radionucliden waarvan de activiteit in de bodembesmetting wordt aangetoond, de berekeningen onder 10.1, 10.2 en 10.3 uit. Indien geen activiteit wordt aangetoond, moet van een lijst van vooraf gespecificeerde radionucliden de laagst aantoonbare activiteit volgens 10.3 worden berekend. 10 Berekeningen 10.1 Activiteit Bereken de activiteit van het in de bodembesmetting aanwezige radionuclide i, dat gammaquanten uitzendt met energie, met behulp van de formule: A i R n,i (8) P,i A i is de activiteit van radionuclide i in de bodembesmetting, in Bq m 2 ;

5 Bestelformulier Stuur naar: NN Uitgeverij t.a.v. afdeling Marketing Antwoordnummer WB Delft Ja, ik bestel NN Uitgeverij Postbus GB Delft Vlinderweg AX Delft T (015) F (015) ex. nl Radioactiviteitsmetingen - <em>in-situ</em> halfgeleider-gammaspectrometrie met stationaire meetopstellingen Wilt u deze norm in PDF-formaat? Deze bestelt u eenvoudig via Stel uw vraag aan Klantenservice Gratis nieuwsbrieven Wilt u op de hoogte blijven van de laatste ontwikkelingen op het gebied van normen, normalisatie en regelgeving? Neem dan een gratis abonnement op een van onze nieuwsbrieven. Gegevens Bedrijf / Instelling T.a.v. O M O V -mail Klantnummer NN Uw ordernummer BTW nummer Postbus / Adres Postcode Plaats Telefoon Fax Factuuradres (indien dit afwijkt van bovenstaand adres) Postbus / Adres Postcode Plaats Datum Handtekening Retourneren Fax: (015) mail: marketing@nen.nl Post: NN Uitgeverij, t.a.v. afdeling Marketing Antwoordnummer 10214, 2600 WB Delft (geen postzegel nodig). Voorwaarden De prijzen zijn geldig tot 31 december 2015, tenzij anders aangegeven. Alle prijzen zijn excl. btw, verzend- en handelingskosten en onder voorbehoud bij o.m. ISO- en IC-normen. Bestelt u via de normshop een pdf, dan betaalt u geen handeling en verzendkosten. Meer informatie: telefoon (015) , dagelijks van 8.30 tot uur. Wijzigingen en typefouten in teksten en prijsinformatie voorbehouden. U kunt onze algemene voorwaarden terugvinden op: Normalisatie: de wereld op één lijn. preview