Univerza v Ljubljani
Fakulteta za matematiko in fiziko
SPEKTROMETRIJA GAMA
Seminar pri predmetu Moderna fizika
Prof. dr. Marko Zgonik
Grosuplje, januar 2012 Pripravil: Miroslav Urbanč
Kaj je spektrometrija gama?
Spektrometrija gama je metoda za merjenje količine radioaktivnih
snovi v nekem vzorcu. S štetjem števila gama žarkov, ki ga izseva
določen radionuklid v vzorcu, lahko določimo aktivnost radionuklida
v tem vzorcu. Aktivnost je število razpadov danega izotopa na
časovno enoto. Aktivnost določa količino radioaktivne snovi. Enota
za aktivnost je Becquerel:
1 Bq = 1 razpad/s
Jedra izsevajo žarek gama, če je končno jedro v enem od
vzbujenih stanj. Ko jedro preide v osnovno stanje, pri tem odvečno
energijo izseva v obliki žarka gama. Energije jedrskih vzbujenih
stanj so za posamezne radionuklide točno določene, s tem so
določene tudi energije žarkov gama, ki ustrezajo energijski razliki
med začetnim in končnim stanjem jedra. Tako lahko z merjenjem
energij žarkov gama določimo, kateri radionuklid razpada.
Kot že ime metode pove, s spektrometrijo gama lahko merimo
aktivnost radionuklidov, ki sevajo žarke gama. Za radionuklide, ki
žarkov gama ne izsevajo, uporabljamo druge metode za določanje
aktivnosti.
Interakcije žarkov gama s snovjo
Žarki gama interagirajo s snovjo na tri glavne načine:
· s fotoefektom
· s comptonskim sipanjem
· s tvorbo parov
Verjetnost za posamezno interakcijo je odvisna od energije
žarkov gama in od materiala (atomsko število Z), v katerem gama
žarek interagira.
Fotoefekt
Pri fotoefektu žarek gama interagira z vezanim elektronom v
atomu. Žarek gama izbije elektron iz atoma, tipično iz lupine K
(80%). Energija žarka gama, ki mora biti večja od vezalne energije
elektrona, se pretvori v kinetično energijo elektrona. Žarek gama
pri tem izgine. Elektron je izbit z energijo:
Ee = Eγ- Eb
kjer je:
Ee …energija elektrona
Eγ…energija žarka gama
Eb…vezalna energija elektrona v atomu
Na njegovem mestu ostane vrzel, ki jo zapolni elektron z višjih
energijskih nivojev. Pri tem se izseva X-žarek. Poznejša absorpcija
izbitega elektrona in X-žarek predstavljata celotno energijo, ki jo
žarek gama preda v snovi. Če X-žarek zapusti detektor, se ta del
energije ne detektira v detektorju, zato se ob fotovrhu v spektru
pojavi vrh z manjšo energijo. Temu vrhu pravimo vrh pobeglega
X-žarka.
Slika 1: Fotoefekt
Verjetnost za fotoefekt lahko približno opišemo z:
P= Z4.5 E-3
Pomeni močno odvisnost od atomskega števila Z, kar pomeni, da
snovi z visokim Z učinkovito absorbirajo žarke gama. Negativen
predznak potence za energijo pomeni, da je fotoefekt najverjetnejši
pri nizkih energijah žarkov gama, pri visokih energijah je
verjetnost za fotoefekt zanemarljiva.
Comptonov pojav
Pri Comptonovem pojavu žarek gama siplje na prostem elektronu.
Del energije žarka gama se prenese na elektron , ostanek energije
pa odnese sipani žarek gama. Smer sipanega žarka je različna od
smeri vpadnega žarka. Energija sipanega žarka je enaka:
Energija elektrona je odvisna od kota pod katerim se žarek gama
siplje. Največji prenos energije na elektron se zgodi pri sipanju
za kot 180°. Minimalne energije sipanega žarka v odvisnosti od
energije so podane v tabeli:
Eγ [keV]
Eγmin' [keV]
100
72
500
169
1000
204
E≈∞
255
Tabela 1: Energije sipanih žarkov v odvisnosti od energije
vpadnega žarka
Sipani žarek lahko iz kristala pobegne ali pa zopet interagira.
Če interagira s fotoefektom se še vedno vsa energija prvotnega
žarka prenese na kristal in ustreza energiji vpadlega žarka gama.
Če pa sipani žarek zopet interagira s comptonskim sipanjem in če
sipani žarek pobegne iz kristala se samo del energije prenese na
kristal. Tudi v tem primeru energija ne ustreza celotni energiji
vpadlega žarka gama. Zato se v spektru poleg vrhov pojavi tudi
zvezno ozadje, ki izvira iz interakcij, pri katerih se je energija
žarka na kristal prenesla le delno.
Verjetnost za Comptonov pojav je pri višjih energijah žarkov
gama večja in je približno:
P= Z E-1
Slika 2: Comptonovo sipanje
Tvorba parov
Pri tvorbi parov se energija žarka gama v električnem polju
atomskega jedra pretvori v par elektron – pozitron. Energija
vpadnega žarek gama mora biti večja od dvojne mirovne energije
elektrona 2m0c2=1022keV. Višek energije se pretvori v kinetično
energijo elektrona in pozitrona.
Slika 3: Tvorba parov
Pri prehodu skozi snov elektron in pozitron izgubljata kinetično
energijo. Ko se pozitron ustavi se anihilira z elektronom. Pri tem
nastaneta dva anihilacijska žarka z energijama 511 keV. Tvorbo para
in anihilacijo lahko smatramo kot istočasni dogodek, saj se celoten
proces zgodi znotraj 1 ns.
Vsa kinetična energija se odloži v detektorju, če anihilacijska
žarka pobegneta iz detektorja brez interakcije, se v detektorju
deponira le kinetična energija elektrona in pozitrona, če pa
pobegne le eden, drugi pa pusti celotno energijo v kristalu, je
energija, ki se deponira v detektorju enaka kinetični energiji plus
energiji anihilacijskega žarka 511keV . Rezultat tega sta dva
vrhova v spektru, ki ustrezata energiji vpadlega žarka gama
zmanjšana za energijo enega ali dveh anihilacijskih žarkov
(Eγ-511keV oz. Eγ-1022keV). Tem vrhovom pravimo vrh enojnega oz.
dvojnega pobega.
Verjetnost za tvorbo parov se spreminja z atomskim številom
približno kot Z2. Z energijo ta verjetnost raste in predstavlja
najverjetnejši način interakcije. Verjetnost za interakcijo lahko
približno opišemo:
P= (Z2+Z)ln E-1
Atenuacija žarkov gama
Stopnjo interakcije žarkov gama s snovjo lahko definiramo z
linearnim atenuacijskim koeficientom. Verjetnost interakcije je
odvisna od velikosti atoma, s katerim žarek interagira.
Atenuacijski koeficient je večji za materiale s višjim atomskim
številom.
Skupni atenuacijski koeficient je vsota treh delnih
koeficientov, od katerih vsak opisuje svoj način interagiranja:
μ=μFE+μCP+μTP
Slika 4: Linearni atenuacijski koeficient za germanij
S pomočjo skupnega atenuacijskega koeficienta lahko izračunamo,
število žarkov gama, ki so prešli plast snovi z debelino D:
N=N0e-μD
Kjer je N0 število vpadnih žarkov gama.
Detektorji
Temelj pri merjenju gama sevanja je interakcija žarkov gama s
snovjo oz. materialom detektorja. Pri spektrometriji gama se največ
uporabljajo polvodniški detektorji. V teh detektorjih se največ
uporablja germanijev kristal kot element, ki je občutljiv na žarke
gama. V kristalu se energija žarkov gama zaradi interakcije s
snovjo kristala pretvori v kinetično energijo elektronov in
pozitronov.
Elektroni in pozitroni izgubljajo energijo pri ionizaciji atomov
v kristalu. V kristalu se tvorijo ionski pari, pri tem pa se vsa
energija vpadlega žarka gama pretvori v energijo parov ion-
elektron. Število teh parov je sorazmerno energiji, ki jo vpadli
žarek pusti v kristalu. Elektroni se lahko gibljejo po kristalu,
medtem ko se ioni ne morejo, lahko pa se gibljejo vrzeli. To se
dogaja tako, da ion sprejme elektron sosednjega atoma, ki zapolni
vrzel. Sedaj je ioniziran sosednji atom, katerega vrzel spet
zapolni elektron sosednjega atoma. Tako se vrzel premika.
Na koncu se nosilci naboja pod vplivom električnega polja
zberejo ne elektrodah. Naboj zbran na elektrodah je sorazmeren
energiji, ki jo je vpadli žarek gama pustil v kristalu. To energijo
lahko izmerimo, če izmerimo naboj, ki se je zbral na
elektrodah.
Da lahko učinkovito zbiramo naboj, mora biti kristal čist, mora
imeti pravilno kristalno rešetko. Vrzeli se namreč ujamejo na
nečistoče in nepravilnosti v kristalu in se ne zberejo na
elektrodi. S tem dobimo izgubo naboja. Pomembno je, da med
elektrodama ne teče tok, če ni sevanja. Ta tok predstavlja šum, ki
moti zbiranje naboja. Površina kristala mora biti čista, da ne
tečejo površinski tokovi med elektrodama, zato mora biti kristal v
vakuumu. S tem ohranjamo čistočo površine kristala.
Germanijevi detektorji morajo biti hlajeni na temperaturo
približno 77°K, da bi se zmanjšal elektronski šum in s tem dosegla
čim boljša resolucija. Povprečna energija, ki je potrebna za tvorbo
para elektron-vrzel je v germaniju pri tej temperaturi približno
3keV. To pomeni, da v kristalu nastane okoli 300000 parov
elektron-vrzel,če žarek gama pusti v kristalu 1 MeV energije.
Lastnosti detektorjevVelikost in oblika
Da bi zagotovili učinkovito merjenje žarkov gama, mora imeti
kristal primerno velikost in obliko. Verjetnost za interakcijo
žarkov gama z majhnimi kristali je majhna. Oblika kristala mora
biti taka, da tudi čim več sipanih žarkov interagira s kristalom.
Pri germanijevih detektorjih sta večinoma uporabljeni dve obliki
kristala planarna in koaksialna z zaprtim koncem.
a) b)
Slika 5: oblike detektorja a) koaksialni z zaprtim koncem b)
planarni
Planarni detektorji imajo boljšo resolucijo pri nižjih energijah
kot koaksialni, zato se jih uporablja za meritve žarkov gama nizkih
energij. V planarnih detektorjih je električno polje bolj
enakomerno, zato je zbiranje nosilcev naboja bolj učinkovito.
Koaksialni kristali pa so lahko večji
Energijsko območje
Območje energij, v katerem je detektor občutljiv na žarke gama
je določeno z energijskim območjem žarkov, ki imajo veliko
verjetnost za interakcijo v kristalu.
Spodnja meja območja je določena z debelinami plasti materialov,
ki so med vstopno površino detektorja in občutljivim območjem
kristala. Te plasti so običajno ohišje detektorja in elektroda, ki
je na površini kristala in je obrnjena proti vstopni površini.
Pozitivna elektroda (anoda - n kontakt), ki je narejena iz litija,
je debeline 0,5 mm. Skozi tako plast lahko prodrejo žarki gama, ki
imajo energijo nad 40 keV. To so običajni detektorji ali P-tip
detektorja.
Negativna elektroda (katoda – p kontakt) plast bora je debele le
0,3 μm. Če vstopajo žarki gama v kristal skozi to elektrodo, je
spodnja meja energijskega območja le okoli 5 keV. Takim detektorjem
pravimo detektorji z obrnjeno elektrodo ali N-tip detektorja.
Slika 6: N-tip detektorja in P-tip detektorja
Zgornja meja energijskega območja je določena z debelino
kristala. Visoko energijski žarki gama lahko prodrejo skozi
kristal, ne da bi z njim interagirali.
Resolucija
Resolucija detektorja opisuje energijsko širino vrhov v spektru
in je podana z njegovo širino vrha na njegovi polovični višini oz.
FWHM (Full Width at Half Maximum). Ožji kot je vrh boljša je
resolucija. Pri boljši resoluciji je večja zmožnost sistema, da
razlikuje vrhove bližnjih energij. Resolucija se podaja za energije
122 keV (Co-57) in 1332 keV (Co-60). Tipične vrednosti resolucij
pri 1332 keV so od 1,6 – 2,0 keV.
Resolucija je funkcija zbiranja naboja na detektorju in šuma, ki
ga povzroča elektronika. Odvisna je od energije žarka gama in je
manjša pri nižjih energija.
Poleg FWHM običajno podajamo še FWTM (širino vrha na desetini
maksimuma) in FWFH (širino vrha na petdesetini maksimuma), ki so
merilo oblike vrha. Le ta je v najboljšem primeru zelo blizu
Gaussovi porazdelitvi. Če so njihove vrednosti in njihova razmerja
v nekih mejah lahko pravimo, da je vrh dobro oblikovan.
Slika 7: Resolucija
Vrh proti comstonskemu robu
Razmerje vrh proti comptonskemu robu (peak to compton
ratio)definiramo kot razmerje med višino vrha pri energiji 1332 keV
(Co-60 ) in povprečno višino spektra na energijskem intervalu med
1040 in 1096 keV. Večje je to razmerje boljše je. Razmerje je
odvisno od velikosti in oblike detektorja. Večji kot je detektor
večje je razmerje. (30:1 – 90:1).
Relativni izkoristek
Standarden podatek o detektorju je tudi njegov »relativni
izkoristek«, ki primerja izkoristek detektorja pri energiji žarka
gama pri 1332 keV iz točkastega izvora Co-60 na razdalji 25 cm od
detektorja v primerjavi z izkoristkom scintilacijskega NaI
detektorja velikosti 3 x 3 inča. Tipične vrednosti so med 10 - 30%.
Ker je relativni izkoristek odvisen od velikosti detektorja, je
možn izdelati tudi detektorje z relativnimi izkoristki nad
100%.
Merilni sistemŠčitenje detektorja
Pri meritvah žarkov gama je potrebno detektorje v čim večji meri
ščititi pred vplivom žarkov gama iz okolice. S tem zmanjšamo ozadje
in povečamo natančnost meritev. Uporaba ščitov je pomembna, ne le
zato, ker zmanjšajo vpliv radioaktivnosti gradbenih materialov,
zemlje, kozmičnih žarkov in ostalih virov, ampak tudi zato ker
časovno stabilizira ozadje.
Ščiti so navadno narejeni iz svinca (visok Z). Odvisno od
energij žarkov gama iz ozadja, ki jih moramo ščititi, določimo
debelino (5-10 cm) ščita, ki ga bomo uporabili. Notranjost ščita
mora biti dovolj prostorna. Žarki gama iz vzorca se na ščitu
sipljejo in sipani žarki višajo ozadje v izmerjenem spektru.
Pri absorpciji žarkov gama s fotoefektom v svinčenem ščitu
nastajajo X-žarki z energijami med 70 in 90 keV. Da bi preprečili
registracijo teh žarkov v spektru, je notranjost ščita obložena s
slojem (1 -2 mm) kadmija, ki te žarke absorbira. To lahko rezultira
nastanku kadmijevih X-žarkov (22 keV), te pa lahko absorbiramo z
tankim slojem (0,7 mm) bakra. X-žarki bakra imajo energije 8 – 9
keV, kar pa ni težava, ker so energije zelo nizke.
Pri interakciji žarka gama v ščitu s tvorbo parov nastanejo
anihilacijski žarki (511 keV). Nekateri od teh žarkov dosežejo
detektor, kar prispeva k vrhu pri 511 keV, ki mu pravimo
anihilacijski vrh.
Slika 8: Ščit
Elektronika
Pri detekciji žarka gama se na izhodu detektorja pojavi
električni sunek, ki je sorazmeren naboju zbranem na elektrodah.
Vloga elektronike v spektrometričnem sistemu je, da izmeri zbran
naboj in rezultat meritve shrani.
Visokonapetostni usmernik
Visokonapetostni usmernik mora vzdrževati napetost (HV) med
elektrodama na kristalu, ki odstrani pare elektron-vrzel iz
detektorja na elektrode. Nihanje napetosti na detektorju povzroča
tok skozi kristal, ki slabša resolucijo. Polariteta napetosti je
odvisna od konstrukcije detektorja, velikost pa je podana s
karakteristikami kristala. Kristali z manj nečistočami potrebujejo
manjšo napetost.
Predojačevalnik
Vloga predojačevalnika je, da naboj zbere, električni sunek
ojači in ga pošlje v ojačevalnik. Sunek na izhodu iz detektorja ni
primeren za transport po kabli, zato mora biti predojačevalnik čim
bližje detektorju. Predojačevalnik je pri detektorjih gama žarkov
vgrajen v detektor.
Ojačevalnik
Ojačevalnik sunke iz predojačevalnik še dodatno ojači in jih
preoblikuje tako, da so primerni za merjenje njihove višine. Sunki
na izhodu iz detektorja zelo hitro dosežejo svoj maksimum (hitri
dvižni čas), poleg tega imajo ti pulzi »dolg rep«. Po
preoblikovanju sunek zapusti ojačevalnik skoraj v obliki Gaussove
krivulje.
Slika 9: Preoblikovanje signala v ojačevalniku
Analogno-digitalni pretvornik
Analogno-digitalni pretvornik izmeri višino sunka, generira
število, ki mu pravimo kanal, in ga pošlje v računalnik, kjer se
shrani. Maksimalno število kanalov lahko spreminjamo v potencah
števila 2. Tipično število kanalov za germanijeve detektorje je
4096, 8192 in 16284. To število določimo tako, da je širina vrha v
spektru med 4 in 15 kanalov. To pomeni, da je za meritve v območju
do 3 MeV potrebnih 8192 kanalov.
Da izvrši pretvorbo, potrebuje pretvornik določen čas. Ta čas se
giblje med nekaj μs do nekaj deset μs. Med tem časom pretvornik ne
more obdelati novih sunkov, zato se ti sunki ne morejo registrirati
v spektru. Času, ko pretvornik ne more obdelovati novih sunkov,
pravimo mrtvi čas.
Računalnik
Vloga računalnika v merilnem sistemu je da:
· Zbira podatke
· Prikazuje in shranjuje spektre
· Obdeluje spektre in analizira podatke.
Kalibracija merilnega sistema
Kalibracija spektrometra je potrebna, da lahko podatke iz
spektra ovrednotimo. Vrhovi v spektrih nam nudijo tri vrste
podatkov: lego, širino in število sunkov (ploščino). S pomočjo
kalibracije te podatke tolmačimo kot energije, ločljivost in
aktivnost.
Spektrometri se kalibrirajo s certificiranimi izvori gama
žarkov, ki so pripravljeni na enak način oz. imajo enako geometrijo
kot vzorci, ki jih merimo. Podatki, ki jih potrebujemo za
kalibracijo spektrometra so: Energija žarkov gama, ki jih izseva
kalibracijski izvor, verjetnost za emisijo posameznega žarka gama
ter razpolovni čas t1/2 radionuklida.
Energijska kalibracija
Energijsko kalibracijo lahko izvedemo s izvorom, ki seva žarke
gama v dovolj širokem energijskem območju, ki pokriva energije, ki
so potrebne za meritve vzorcev. Energijsko kalibracijo lahko
opišemo s polinomom prve oz. druge stopnje:
E=aCh+E0 oz. E=bCh2+aCh+ E0
V glavnem velja, da je kalibracija z uporabo polinoma prve
stopnje sprejemljiva, le ko je potrebna večja stopnja natančnosti,
uporabimo polinom druge stopnje. Da bi izvedli kalibracijo moramo
uporabiti vsaj dva oz. tri vrhove v spektru, ki morajo biti čim
bolj oddaljeni drug od drugega. Energijska kalibracija je zelo
pomembna in mora biti narejena zelo natančno, ker le ta določa
zanesljivost identifikacije radionuklidov , ki so v vzorcu.
Slika 10: Spekter kalibracijskega izvora
Kalibracija širine vrhov
Širina vrhov mora biti kalibrirana, ker avtomatski programi za
analizo vrhov v spektru potrebujejo podatek o širini vrhov (FWHM),
da lahko izračunajo njihove ploščine. Pri kalibraciji širine vrhov
se uporabi funkcija
FWHM (E)= FWHM (E)+aE
Izkaže se, da je linearna odvisnost ustrezna za široko
energijsko območje.
Kalibracija izkoristka
Kalibracija izkoristka omogoča, da število sunkov v vrhu popolne
absorpcije pretvorimo v aktivnost, ki ga predstavlja. Izkoristek
povezuje površino vrha s številom žarkov gama, ki jih izseva izvor.
Izkoristek je odvisen od dimenzij vzorca (velikost, gostota,
snov…), oddaljenosti med vzorcem in detektorjem ter od energije
gama žarkov. Zaradi tega se morajo kalibracijski vzorci ujemati z
vzorci za meritve kolikor je to mogoče. Razlike med lastnostmi
kalibracijskih in merjenih vzorcev vnašajo v analize sistemske
napake.
Iz meritev kalibracijskega vzorca se lahko izračuna izkoristke
pri energijah, kjer so v spektru vrhovi totalne absorpcije.
Izkoristek se izračuna z uporabo enačbe:
kjer je N(E)/T hitrost štetja (št.sunkov N v času T - cps) pri
energiji E in A*p(E) pogostost, s katero se generirajo žarki gama v
vzorcu.
Območje energij, kjer merimo izkoristek mora biti kar se da
široko, da so kalibracijske krivulje čim bolj zanesljive. Izven
merskega območja moramo izkoristke ekstrapolirati na osnovi
predpostavk, ki mogoče niso upravičene. Enostaven primer
matematičnega opisa krivulje je podan z:
lnε=a1+a2lnE
Ta izraz opisuje odvisnost izkoristka nad energijo 150 keV z
zmerno natančnostjo. To je območje, kjer je krivulja izkoristka
približno premica v log-log skali. Pri nižjih energijah je potrebno
uporabiti bolj komplicirane izraze.
Slika 11: Krivulja izkoristka germanijevega detektorja –
linearna skala
Analiza spektra
Namen analize spektra je, da izračuna aktivnost radioizotopov,
ki so v vzorcu, iz vrhov v spektru. Na meritev spektra vplivajo
slučajnostni procesi, zato pri meritvah istega vzorca ne izmerimo
identičnih spektrov. Vrednosti vseh količin, ki jih iz spektra
izračunamo, imajo zato negotovosti. Tudi vhodni podatki za analizo,
kot so izkoristki in verjetnosti za emisijo žarkov imajo
negotovosti.
Da bi analizo spektra lahko naredili, moramo izvesti najmanj tri
osnovne korake: analizo vrhov, identifikacijo radionuklidov,
izračun aktivnosti. Vključimo lahko še druge korake kot so
odštevanje ozadja, odpravo interferenc ali pa izračun povprečnih
aktivnosti. Namen teh korakov je izboljšanje natančnosti rezultatov
oz. odprava sistematskih napak. Z izvedbo vsakega izmed korakov
potrebujemo rezultate kalibracije: širino vrhov, energijsko
kalibracijo in kalibracijo izkoristka. Za določanje aktivnosti pa
potrebujemo še razpolovni čas in verjetnost za emisijo žarka gama.
Pri avtomatski analizi spektra s pomočjo računalniških programov se
nam posamezni koraki avtomatsko izvedejo.
Analiza vrhov, identifikacija
Pri analizi spektra (ročno ali avtomatsko) najprej opravimo
identifikacijo vrhov. S primerjanjem energije vrha z energijami, ki
so podane v knjižnicah radionuklidov, določimo radionuklid, ki se
nahaja v vzorcu. Tu se lahko zgodi, da za kakšen vrh določimo več
radionuklidov. V tem primeru za določitev pravega radioizotopa
uporabimo še dodatne jedrske podatke: razpolovni čas, prisotnost
drugih vrhov v spektru, ki pripadajo radioizotopu, verjetnost za
emisijo žarka gama. Sledi analiza vrhov, kjer se preveri širina
vrha in izračuna njegova površina.
Izračun aktivnosti
Ko identificiramo radionuklid lahko izračunamo njegovo
aktivnost. Aktivnost ob času meritve izračunamo z enačbo:
kjer je ε(E) izkoristek pri energiji E, ki ga dobimo iz
kalibracije spektrometra. Če računamo aktivnost radionuklida, ki
seva žarke gama pri več energijah, potem računamo povprečno
aktivnost večih vrhov. S tem se izognemo sistematskim napakam, ki
so povezane s ploščinami vrhov (ozadje, interference, koincidence).
Aktivnosti vseh vrhov se morajo ujemati v okviru napak. Če katera
aktivnost izstopa, jo lahko zanemarimo in izračunamo povprečje
ostalih vrhov. Če hočemo dobiti aktivnost npr. na čas vzorčevanja,
namesto ob času analize, moramo aktivnost še preračunati s
formulo:
Kjer T1/2 dobimo iz tabel ΔT pa je čas med vzorčevanjem in
meritvijo.
Rezultat meritve ima tudi svojo negotovost, ki je določena z
negotovostjo vodnih podatkov. Običajno ima največjo negotovost
izkoristek, ki je lahko 5% ali več. Negotovost števila sunkov je
pri izrazitih vrhovih zelo majhna, pri majhnih vrhovih
(aktivnostih) pa je negotovost štetja predstavlja glavni delež
negotovosti rezultata.
Rezultati meritve so aktivnosti radionuklidov v vzorcu. Da bi
opisali lastnosti vzorčevanega materiala in vzpostavili
primerljivost rezultatov z med različnimi vzorci, običajno
aktivnost vzorca preračunamo na enoto vzorčevanega materiala:
volumen zraka (m3), maso vzorčevanega materiala (kg,g), površino, s
katere smo obrisali kontaminacijo (dm2).
Pri analizi spektra moramo upoštevati, da se v spektru
pojavljajo tudi vrhovi zaradi interakcij žarkov gama v ščitu
(anihilacijski vrh), ter vrhovi zaradi nepopolnih interakcij
prvotnih žarkov gama (vrh dvojnega in enojnega pobega, vrh
pobeglega X-žarka).
Upoštevati je potrebno tudi istočasne interakcije večih žarkov
gama v detektorju. V tem primeru nastane samo en sunek, ki ustreza
seštevku energij obeh žarkov gama. Če se to zgodi dovolj pogosto,
na spektru nastane vrh pri vsoti energij vseh žarkov gama. Poznamo
dve vrsti seštevanja: kaskadno seštevanje (seštevanje žarkov gama
zaradi razpada enega radionuklida) ter naključno seštevanje
(seštevanje žarkov gama zaradi različnih razpadov). Seštevanje
vpliva tudi na površino vrha pri pravi energiji, ki je manjša. Zato
je lahko izračunana aktivnost manjša od resnične.
Spodaj je primer spektra, kjer so vidni učinki seštevanja,
interakcije žarkov gama s ščitom in nepopolne interakcije žarkov
gama v detektorju, ki pri analizi spektra niso zaželeni, in lahko
prispevajo k negotovosti rezultatov aktivnosti oz. napačnim
odločitvam pri identifikaciji radionuklidov.
Slika 12: Spekter Co-60: vrh popolne absorpcije (1173 in 1332
keV), vrh dvojnega in enojnega pobega (DE, SE), anihilacijski vrh
(511 keV), vrhovi svinčevih X-žarkov iz ščita
13/14
