A BÓR CSÚCSALAK VIZSGÁLATA ÉS CSÚCSINTERFERENCIÁK FELOLDÁSA A PGAA SPEKTRUMOK 450–490 keV-ES TARTOMÁNYÁBAN Szentmiklósi László, Révay Zsolt MTA KK Izotópkutató Intézet Nukleáris Kutatások Osztálya

A bór és a PGAA  Nagy érzékenység, alacsony LOD  Térfogati átlagösszetétel  Roncsolásmentes  Minimális mintaelőkészítés  Szokásostól eltérő csúcsalak: (n,  ) reakció  Referenciacsúcs módszer  Empirikus formulák (nagy területű csúcsok esetén csődöt mondanak)

A 10 B(n,  ) 7 Li* reakció    keV 10 B 7 Li ( 11 B)  n    11.8 MeV 96% 4%  =105 fs

A 10 B(n,  ) 7 Li* reakció II. HPGe DETEKTOR

Idealizált esetek ÁLLÓ FORRÁS MOZGÓ FORRÁS HPGe DETEKTOR v0v0 -v 0 E0E0 E 0 +  E Max E 0 -  E Max (E 0 -  E Max )…(E 0 +  E Max ) STATISZTIKUSAN merőleges vetület v0v0 vzvz

Mátrix hatása: fékezőerő  E Max =7.6 keV, E 0 =477.6 keV v 0 =4.8*10 6 m/s,  =9.52 ps -1 Sebességgel (v) arányos fékezőerő („stopping power”) v=v 0 *exp(-D*t) Lassulás sebessége vs. a nívó bomlási ideje: a Doppler-kiszélesedett sűrűség-függvény alakja változik! D: lassulási állandó •Illesztéssel •Elméleti számítással  /ps

Detektálás: A készülék válaszfüggvénye Gauss-görbe: statisztikus zajok ~: elhanyagolható energia-bizonytalanságú (Dirac-  )  -sugárzásra adott válasz Energia (keV) Félérték-szélesség (FWHM) kb. 2 keV

Detektálás: A készülék válaszfüggvénye Gauss-görbe: statisztikus zajok + Lecsengés kisebb energiák felé: tökéletlen töltésbegyűjtés ~: elhanyagolható energia-bizonytalanságú (Dirac-  )  -sugárzásra adott válasz Energia (keV) Félérték-szélesség (FWHM) kb. 2 keV

Detektálás: A készülék válaszfüggvénye Gauss-görbe: statisztikus zajok + Lecsengés kisebb energiák felé: tökéletlen töltésbegyűjtés + Lecsengés nagyobb energiák felé: Pile-up nagy beütésszámnál ~: elhanyagolható energia-bizonytalanságú (Dirac-  )  -sugárzásra adott válasz Energia (keV) Félérték-szélesség (FWHM) kb. 2 keV

Detektálás: A készülék válaszfüggvénye Gauss-görbe: statisztikus zajok + Lecsengés kisebb energiák felé: tökéletlen töltésbegyűjtés + Lecsengés nagyobb energiák felé: Pile-up nagy beütésszámnál +Gauss görbével konvolvált lépcső- ugrás: kisszögű Compton-szórás ~: elhanyagolható energia-bizonytalanságú (Dirac-  )  -sugárzásra adott válasz Félérték-szélesség (FWHM) kb. 2 keV Energia (keV)

A bór csúcs alakjának levezetése = * Doppler-kiszélesedett sűrűségfüggvény (DoG) A készülék válasz- függvénye (RF) Lépcsőugrás Bór csúcsalak függvény (BP) Szétkent lépcsőugrás (ST) Numerikus konvolúció szükséges: DoG * RF konvolúció (!)

A bór csúcs alakjának levezetése II. * M.K. Kubo, Y. Sakai, A Simple Derivation of the Formula of the Doppler-Broadened 478 keV Gamma-Ray Line Shape from 7 *Li and Its Analytical Application, J. Nucl. Radiochem. Sci., 1 (2) (2000), 83−85. Doppler-kiszélesedett sűrűségfüggvény (DoG)* A készülék válasz- függvénye (RF) A bór csúcsalak- függvénye (BP) A szokásos csúcsok csúcsalak-függvénye (GP) A háttér (Bkg) = polinom + szétkent lépcsőugrás (ST) i darab interferáló csúcs esetén

Az eredmény… Bórsav, D=1.2 ps -1 Bór karbid, D=2.5 ps -1

Interferenciák kezelése Bór csúcs kb. 15 keV széles (v.ö. 2 keV normál csúcsokra)  nagy az interferencia valószínűsége  nagy az interferencia valószínűsége 1 milliós bór csúcs tetején már kb területű csúcs kimutatható Néhány jellegzetes csúcs a keV között: Elem Energia (keV) Elem Mn , , Na Co , Th Fe460.28Nd , Eu461.61Si Cu , Li Ni , Cd Dy , Os Br468.98W Rh470.40Gd , In471.92Sm485.95

Teszt minták spektrumai 6 különböző setup 4 teszt minta Minta-függő és rendszer-függő paraméterek korrekt szétválasztása FWHM=1.0 keV FWHM=2.0 keV

Torzítatlan paraméterbecslés Hosszabb mérési idő  A spektrumpontok hibája csökken  Hosszabb mérési idő  A spektrumpontok hibája csökken  A szisztematikus hibák  előtűnnének  Az illesztések egyre rosszabbá válnának

Geológiai minták bórtartalma Konzisztens a referencia csúcs módszerrel

„Dhrumsala” meteorit spektruma A kis csúcsok is nagyon fontos szerepet játszanak az illesztésben

Összefoglalás  Elméletileg megalapozott modell levezetése  Nagy csúcsterületek esetén is működőképes (dinamikus tartomány)  Különböző rendszereken is helyes eredményt ad  Beilleszthető a Hypermet program formalizmusába, az analitikai gyakorlatba Továbbfejlesztett bór analízis