DE102010000836B4

DE102010000836B4 - Method and device for measuring airborne alpha and beta radiation of artificial origin by means of a semiconductor detector

Info

Publication number: DE102010000836B4
Application number: DE201010000836
Authority: DE
Inventors: Dr. Reuter Wilfried
Original assignee: Berthold Technologies GmbH and Co KG
Current assignee: Berthold Technologies GmbH and Co KG
Priority date: 2010-01-12
Filing date: 2010-01-12
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2030-01-13
Also published as: DE102010000836A1

Abstract

Verfahren zum Messen von luftgetragener Alpha- und Beta-Strahlung künstlichen Ursprungs mittels eineräge natürlichen Ursprungs mittels einer Alpha-Beta-Pseudokoinzidenz-Diskriminierung zumindest teilweise kompensiert werden, wobei – die Strahlungsbeiträge natürlichen Ursprungs zusätzlich zur Alpha-Beta-Pseudokoinzidenz-Diskriminierung mittels einer Energie-Diskriminierung zumindest teilweise kompensiert werden, – bei der Alpha-Beta-Pseudokoinzidenz-Diskriminierung überprüft wird, ob ein Beta-Teilchen und ein Alpha-Teilchen zeitlich nacheinander innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer auf den Halbleiterdetektor treffen, wobei für diesen Fall das Alpha-Teilchen und das Beta-Teilchen der natürlichen Strahlung zugerechnet werden, – bei der Energie-Diskriminierung überprüft wird, ob ein Alpha-Teilchen, das auf den Halbleiterdetektor trifft, eine Energie aufweist, die größer ist als ein Energie-Schwellenwert, wobei für diesen Fall das Alpha-Teilchen ebenfalls der natürlichen Strahlung zugerechnet wird, und – zur Messung der luftgetragenen Alpha- und Beta-Strahlung künstlichen Ursprungs während eines vorgegebenen Zeitintervalls – eine Anzahl A1 von Teilchen gezählt wird, die auf den Halbleiterdetektor treffen und eine Energie aufweisen, die größer als ein erster Energie-Schwellenwert ist, – eine Anzahl A2 von Teilchen gezählt wird, die auf den Halbleiterdetektor treffen und eine Energie aufweisen, die kleiner als der erste Energie-Schwellenwert und größer als ein zweiter Energie-Schwellenwert ist, – eine Anzahl A3 von Teilchen gezählt wird, die auf den Halbleiterdetektor treffen und eine Energie aufweisen, die größer als ein dritter Energie-Schwellenwert ist, und – eine Anzahl A4 von pseudo-koinzidenten Ereignissen gezählt wird, wobei – eine theoretische Anzahl A5 von Alpha-Teilchen künstlichen Ursprungs mittels folgender Gleichung berechnet wird: A5 = A1 – k1(A3 + A4), mit 0 < k1 < 10, und – eine theoretische Anzahl A6 von Beta-Teilchen künstlichen Ursprungs mittels folgender Gleichung berechnet wird: A6 = A2 – k2(A3 + A4), mit 0 < k2 < 10 und k1 ≠ k2.Method for measuring airborne alpha and beta radiation of artificial origin by means of a saw of natural origin by means of an alpha-beta pseudocoincidence discrimination are at least partially compensated, wherein - the radiation contributions of natural origin in addition to the alpha-beta pseudocoincidence discrimination by means of an energy Discrimination are at least partially compensated, - with alpha-beta pseudo-coincidence discrimination, it is checked whether a beta particle and an alpha particle hit the semiconductor detector one after the other within a specified period of time, in which case the alpha particle and the Beta particles are assigned to natural radiation, - the energy discrimination checks whether an alpha particle that hits the semiconductor detector has an energy that is greater than an energy threshold value, in which case the alpha Particles are also added to natural radiation and - to measure the airborne alpha and beta radiation of artificial origin during a given time interval - a number A1 of particles is counted which hit the semiconductor detector and have an energy which is greater than a first energy threshold value, A number A2 of particles is counted which hit the semiconductor detector and have an energy which is smaller than the first energy threshold value and greater than a second energy threshold value, - a number A3 of particles is counted which hit the semiconductor detector meet and have an energy that is greater than a third energy threshold, and - a number A4 of pseudo-coincident events is counted, where - a theoretical number A5 of alpha particles of artificial origin is calculated using the following equation: A5 = A1 - k1 (A3 + A4), with 0 <k1 <10, and - follow a theoretical number A6 of beta-particles of artificial origin by means of the equation is calculated: A6 = A2 - k2 (A3 + A4), with 0 <k2 <10 and k1 ≠ k2.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von luftgetragener Alpha- und Beta-Strahlung künstlichen Ursprungs mittels eines Halbleiterdetektors.The invention relates to a method and a device for measuring airborne alpha and beta radiation of artificial origin by means of a semiconductor detector.

Zur Messung von künstlicher Alpha- und Beta-Strahlung an Aerosolen im Beisein von Strahlung natürlichen Ursprungs hat sich die Anwendung der Alpha-Beta-Pseudokoinzidenz-Diskriminierung bzw. Alpha-Beta-Pseudokoinzidenz-Differenzmethode (ABPD) bewährt. Bei der Alpha-Beta-Pseudokoinzidenz-Diskriminierung können detektierte Ereignisse der vorhandenen natürlichen Radioaktivität zugerechnet werden, wenn ein Alpha-Ereignis und ein Beta-Ereignis innerhalb einer definierten Zeitspanne registriert werden. Eine derart ermittelte Zahlrate wird von der gesamten gemessenen Alpha- bzw. Beta-Zählrate subtrahiert, womit ein Maß für die Radioaktivität künstlichen Ursprungs berechnet werden kann. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der Auslegeschrift DE 1 564 265 beschrieben.For the measurement of artificial alpha and beta radiation at aerosols in the presence of radiation of natural origin, the application of the alpha-beta pseudo-coincidence discrimination or alpha-beta-pseudo-coincidence difference method (ABPD) has proven itself. In alpha-beta pseudo-coincidence discrimination, detected events can be attributed to the presence of natural radioactivity when an alpha event and a beta event are registered within a defined period of time. A rate of payment determined in this way is subtracted from the total measured alpha or beta count rate, whereby a measure of the radioactivity of artificial origin can be calculated. Such a method is for example in the Auslegeschrift DE 1 564 265 described.

Die Alpha-Beta-Pseudokoinzidenz-Diskriminierung wird sowohl in Verbindung mit Gasdurchflussdetektoren als auch mit Halbleiterdetektoren verwendet. Bei Halbleiterdetektoren dient üblicherweise ein einzelner Halbleiterdetektor zur Strahlungsmessung, wobei Alpha- und Betasignale aus so genannten Einkanaldiskriminatoren mit geeigneten Schwellenwerten gewonnen werden.Alpha Beta Pseudo-coincidence discrimination is used in conjunction with both gas flow detectors and semiconductor detectors. In semiconductor detectors usually a single semiconductor detector is used for radiation measurement, wherein alpha and beta signals are obtained from so-called single-channel discriminators with suitable thresholds.

Halbleiterdetektoren weisen jedoch im Vergleich zu Gasdurchflussdetektoren aufgrund ihrer Geometrie und den absoluten Ansprechwahrscheinlichkeiten für Alpha- und Beta-Teilchen eine geringere Nachweisempfindlichkeit für Pseudokoinzidenzen auf, wodurch die Kompensationsfähigkeit von Strahlungsbeiträgen natürlichen Ursprungs im Vergleich zu Gasdurchflussdetektoren größeren statistischen Schwankungen unterliegt.However, semiconductor detectors have lower pseudo-coincidence detection sensitivity than gas flow detectors due to their geometry and absolute alpha and beta response sensitivities, thus subjecting the compensation capability of natural-born radiation contributions to larger statistical variations to gas-flow detectors.

Die DE 1 564 265 C zeigt eine Pseudo-Koinzidenz-Diskriminierung.The DE 1 564 265 C shows a pseudo-coincidence discrimination.

Die US 2002/0079460 A1 zeigt eine Energie-Diskriminierung zur Bestimmung von Nukliden mit unterschiedlicher Halbwertszeit.The US 2002/0079460 A1 shows an energy discrimination for the determination of nuclides with different half-life.

Die 10 2006 044 734 A1 zeigt ein Verfahren zur Messung einer Anzahl hochenergetischer Neutronen, bei dem Ereignisse in einem vorgegebenen Auswertungszeitfenster ausgewertet werden.10 2006 044 734 A1 shows a method for measuring a number of high-energy neutrons, in which events are evaluated in a predetermined evaluation time window.

Die US 5,793,046 A zeigt einen Szintillationsdetektor mit Engergie-Diskriminatoren.The US 5,793,046 A shows a scintillation detector with energy discriminators.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Messen von luftgetragener Alpha- und Beta-Strahlung künstlichen Ursprungs mittels eines Halbleiterdetektors zur Verfügung zu stellen, bei dem Strahlungsbeiträge natürlichen Ursprungs möglicht effektiv kompensierbar sind.The invention has for its object to provide a method and apparatus for measuring airborne alpha and beta radiation of artificial origin by means of a semiconductor detector available in the radiation contributions of natural origin are possible effectively compensated.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7.The invention achieves this object by a method having the features of claim 1 and a device having the features of claim 7.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, die hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht werden.Preferred embodiments are subject of the subclaims, which are hereby incorporated by reference into the content of the description.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Messen von luftgetragener Alpha- und Beta-Strahlung künstlichen Ursprungs mittels eines Halbleiterdetektors werden Strahlungsbeiträge natürlichen Ursprungs mittels einer Alpha-Beta-Pseudokoinzidenz-Diskriminierung zumindest teilweise kompensiert. Die Strahlungsbeiträge natürlichen Ursprungs werden zusätzlich zur Alpha-Beta-Pseudokoinzidenz-Diskriminierung mittels einer Energie-Diskriminierung zumindest teilweise kompensiert, wodurch die Strahlungsbeiträge natürlichen Ursprungs wirkungsvoller kompensierbar sind.In the method according to the invention for measuring airborne alpha and beta radiation of artificial origin by means of a semiconductor detector, radiation contributions of natural origin are at least partially compensated by means of an alpha-beta pseudo-coincidence discrimination. The radiation contributions of natural origin are in addition to the alpha-beta pseudo-coincidence discrimination by means of energy discrimination at least partially compensated, whereby the radiation contributions of natural origin are more effectively compensated.

Bei der Alpha-Beta-Pseudokoinzidenz-Diskriminierung wird überprüft, ob ein Beta-Teilchen und ein Alpha-Teilchen zeitlich nacheinander innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer auf den Halbleiterdetektor treffen, wobei für diesen Fall das Alpha-Teilchen und das Beta-Teilchen der natürlichen Strahlung zugerechnet werden. Bei der Energie-Diskriminierung wird überprüft, ob ein Alpha-Teilchen, das auf den Halbleiterdetektor trifft, eine Energie aufweist, die größer ist als ein Energie-Schwellenwert, wobei für diesen Fall das Alpha-Teilchen ebenfalls der natürlichen Strahlung zugerechnet wird. Bevorzugt liegt die vorgegebene Zeitdauer in einem Bereich von 100 μs bis 400 μs, besonders bevorzugt in einem Bereich von 200 μs bis 300 μs. Bevorzugt liegt der Energie-Schwellenwert in einem Bereich von 5,5 MeV bis 7 MeV. Der Energie-Schwellenwert beträgt besonders bevorzugt 6,5 MeV.In alpha-beta pseudo-coincidence discrimination, it is checked whether a beta particle and an alpha particle hit the semiconductor detector one after the other within a predetermined period of time, in which case the alpha particle and the beta particle are attributed to the natural radiation become. In the energy discrimination, it is checked whether an alpha particle that strikes the semiconductor detector has an energy that is greater than an energy threshold, in which case the alpha particle is also attributed to the natural radiation. Preferably, the predetermined period of time is in a range of 100 microseconds to 400 microseconds, more preferably in a range of 200 microseconds to 300 microseconds. Preferably, the energy threshold is in a range of 5.5 MeV to 7 MeV. The energy threshold is more preferably 6.5 MeV.

Zur Messung der luftgetragenen Alpha- und Beta-Strahlung künstlichen Ursprungs wird während eines vorgegebenen Zeitintervalls eine Anzahl A1 von Teilchen gezählt, die auf den Halbleiterdetektor treffen und eine Energie aufweisen, die größer als ein erster Energie-Schwellenwert ist, eine Anzahl A2 von Teilchen gezählt, die auf den Halbleiterdetektor treffen und eine Energie aufweisen, die kleiner als der erste Energie-Schwellenwert und größer als ein zweiter Energie-Schwellenwert ist, eine Anzahl A3 von Teilchen gezählt, die auf den Halbleiterdetektor treffen und eine Energie aufweisen, die größer als ein dritter Energie-Schwellenwert ist, und eine Anzahl A4 von pseudo-koinzidenten Ereignissen gezählt. Eine theoretische Anzahl A5 von Alpha-Teilchen künstlichen Ursprungs wird mittels folgender Gleichung berechnet: A5 = A1 – k1(A3 + A4), mit 0 < k1 < 10. Eine theoretische Anzahl A6 von Beta-Teilchen künstlichen Ursprungs wird mittels folgender Gleichung berechnet: A6 = A2 – k2(A3 + A4), mit 0 < k2 < 10 und k1 ≠ k2. Sowohl k1 und k2 sind rationale Zahlen. Bevorzugt liegen der erste Energie-Schwellenwert in einem Bereich von 0,8 MeV bis 1,2 MeV und der dritte Energie-Schwellenwert in einem Bereich von 6 MeV bis 7 MeV. Der zweite Energie-Schwellenwert ist bevorzugt durch eine untere Nachweisgrenze bzw. das Detektorrauschen des Halbleiterdetektors bestimmt. Dann repräsentiert A1 im Wesentlichen eine Gesamtanzahl von Alpha-Ereignissen, A2 eine Gesamtanzahl von Beta-Ereignissen und A3 eine Anzahl von Ereignissen aufgrund natürlicher Alpha-Strahlung bzw. Alpha-Teilchen. Die Faktoren k1 und k2 werden geeignet gewählt, wobei typisch k1 ≤ 2 und k2 ≤ 4 gilt.For measuring the airborne alpha and beta radiation of artificial origin, a number A1 of particles meeting the semiconductor detector and having an energy greater than a first energy threshold, a number A2 of particles, is counted during a given time interval that hit the semiconductor detector and have an energy that is less than the first energy threshold and greater than a second energy threshold, counting a number A3 of particles that hit the semiconductor detector and have an energy greater than one third energy threshold is counted, and a number A4 of pseudo-coincident events. A theoretical number A5 of alpha particles of artificial origin is calculated using the equation: A5 = A1 - k1 (A3 + A4), where 0 <k1 <10. A theoretical number A6 of beta particles of artificial origin is calculated using the equation: A6 = A2 - k2 (A3 + A4), with 0 <k2 <10 and k1 ≠ k2. Both k1 and k2 are rational numbers. Preferably, the first energy threshold is in a range of 0.8 MeV to 1.2 MeV, and the third energy threshold is in a range of 6 MeV to 7 MeV. The second energy threshold is preferably determined by a lower detection limit or the detector noise of the semiconductor detector. Then, A1 essentially represents a total number of alpha events, A2 a total number of beta events, and A3 a number of natural alpha or alpha particle events. The factors k1 and k2 are suitably chosen, whereby typically k1 ≦ 2 and k2 ≦ 4.

In einer Weiterbildung sind die Strahlungsbeiträge natürlichen Ursprungs Radon- und Thoron-Strahlungsbeiträge.In a further development, the radiation contributions of natural origin are radon and thoron radiation contributions.

Die Vorrichtung zum Messen von luftgetragener Alpha- und Beta-Strahlung künstlichen Ursprungs umfasst einen Halbleiterdetektor und eine Auswerteeinheit, die mit dem Halbleiterdetektor gekoppelt und dazu ausgebildet ist, Strahlungsbeiträge natürlichen Ursprungs mittels einer Alpha-Beta-Pseudokoinzidenz-Diskriminierung zumindest teilweise zu kompensieren. Weiter ist die Auswerteeinheit zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet. Die Auswerteeinheit kann ein Mikroprozessor sein. Zwischen Halbleiterdetektor und Auswerteeinheit können zusätzlich Verstärker, Integraldiskriminatoren, Logikschaltungen etc. eingeschleift sein.The apparatus for measuring airborne alpha and beta radiation of artificial origin comprises a semiconductor detector and an evaluation unit coupled to the semiconductor detector and configured to at least partially compensate for radiation contributions of natural origin by means of alpha-beta pseudo-coincidence discrimination. Next, the evaluation unit for carrying out the method according to one of claims 1 to 6 is formed. The evaluation unit may be a microprocessor. In addition, amplifiers, integral discriminators, logic circuits, etc. can be looped in between the semiconductor detector and the evaluation unit.

In einer Weiterbildung ist der Halbleiterdetektor ein Si-Halbleiterdetektor.In a development, the semiconductor detector is a Si semiconductor detector.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Hierbei zeigt:Preferred embodiments of the invention are shown schematically in the drawings and are explained in more detail below. Hereby shows:

1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Messen von luftgetragener Alpha- und Beta-Strahlung künstlichen Ursprungs und 1 a block diagram of an apparatus for measuring airborne alpha and beta radiation of artificial origin and

2 ein Impulshöhenspektrum von ²⁴¹Am in Gegenwart natürlicher Nuklide mit unterschiedlichen Energie-Schwellenwerten. 2 a pulse height spectrum of ²⁴¹ Am in the presence of natural nuclides with different energy thresholds.

1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Messen von luftgetragener Alpha- und Beta-Strahlung künstlichen Ursprungs mit einem herkömmlichen Si-Halbleiterdetektor in Form eines Si-Oberflächensperrschichtdetektors 10, einem nachgeschaltetem Verstärker 20, der als so genannter Einkanal- und Integraldiskriminator mit mehreren unterschiedlichen Diskriminatorschwellen ausgebildet ist, und einer Auswerteeinheit in Form eines Mikroprozessors 30, der mit dem Si-Halbleiterdetektor 10 über den Verstärker 20 gekoppelt und dazu ausgebildet ist, Strahlungsbeiträge künstlichen Ursprungs zu messen, wobei Strahlungsbeiträge natürlichen Ursprungs mittels einer kombinierten Alpha-Beta-Pseudokoinzidenz-Diskriminierung und einer Energie-Diskriminierung möglichst effektiv unterdrückt werden. Es versteht sich, dass weitere, nicht gezeigte, herkömmliche Elemente vorhanden sein können, die jedoch zur Beschreibung der Erfindung nicht wesentlich sind. Daher kann auf eine Beschreibung solcher Elemente verzichtet werden. Insoweit sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen. 1 schematically shows an apparatus for measuring airborne alpha and beta radiation of artificial origin with a conventional Si semiconductor detector in the form of a Si surface barrier detector 10 , a downstream amplifier 20 , which is designed as a so-called single-channel and integral discriminator with a plurality of different discriminator thresholds, and an evaluation unit in the form of a microprocessor 30 that with the Si semiconductor detector 10 over the amplifier 20 is coupled and adapted to measure radiation contributions of artificial origin, wherein radiation contributions of natural origin are suppressed as effectively as possible by means of combined alpha-beta pseudo-coincidence discrimination and energy discrimination. It is understood that other, not shown, conventional elements may be present, but which are not essential to the description of the invention. Therefore, a description of such elements can be dispensed with. In that regard, reference is also made to the relevant specialist literature.

Die in 1 gezeigte Vorrichtung kann beispielsweise für Festfilteranlagen oder für Filterband-Meßsysteme verwendet werden, bei denen Luft, die radioaktive Partikel als Strahler künstlichen und natürlichen Ursprungs trägt, durch ein Filter bzw. ein Filterband 40 geleitet wird, wodurch die Partikel zumindest teilweise im Filter bzw. dem Filterband 40 verbleiben. Der Si-Halbleiterdetektor 10 wird in der Nähe des Filters bzw. des Filterbands 40 angeordnet und mit der Strahlung der Partikel des Filterbands beaufschlagt.In the 1 The device shown can be used for example for solid filter systems or for filter belt measuring systems in which air carrying radioactive particles as emitters of artificial and natural origin, through a filter or a filter belt 40 is passed, whereby the particles at least partially in the filter or the filter belt 40 remain. The Si semiconductor detector 10 will be near the filter or filter band 40 arranged and acted upon by the radiation of the particles of the filter belt.

Der als Einkanal- und Integraldiskriminator arbeitende Verstärker 20 weist mehrere, nach Energie getrennte Kanäle mit unterschiedlichen Diskriminatorschwellen auf und erzeugt für einen jeweiligen Kanal einen Impuls, wenn ein Scheitelwert eines durch den Si-Halbleiterdetektor 10 erzeugten analogen Signals die Diskriminatorschwelle übersteigt. Ein jeweiliger Kanal ist mit einem zugehörigen Eingangsport des Mikroprozessors 30 gekoppelt. Der Mikroprozessor 30 zählt während eines vorgegebenen Zeitintervalls, das eine Dauer in einem Bereich von einigen Sekunden bis mehreren Stunden aufweisen kann, eine Anzahl von Impulsen pro Kanal und ermittelt daraus eine zugehörige Zählrate.The single channel and integral discriminator amplifier 20 has multiple energy separated channels with different discriminator thresholds and generates a pulse for each channel when a peak value of one passes through the Si semiconductor detector 10 generated analog signal exceeds the discriminator threshold. A respective channel is connected to an associated input port of the microprocessor 30 coupled. The microprocessor 30 counts a number of pulses per channel during a given time interval, which may have a duration in the range of a few seconds to several hours, and determines therefrom an associated count rate.

Eine erste Diskriminatorschwelle der Energie-Diskriminierung entspricht einer Energie von ca. 1 MeV. Teilchen mit einer Energie, die größer als 1 MeV ist, sind typisch Alpha-Teilchen sowohl künstlichen als auch natürlichen Ursprungs. Teilchen mit einer Energie, die kleiner als 1 MeV und größer als eine Rauschschwelle des Si-Halbleiterdetektors 10 ist, sind typisch Beta-Teilchen sowohl künstlichen als auch natürlichen Ursprungs. Eine zweite Diskriminatorschwelle der Energie-Diskriminierung entspricht einer Energie von ca. 6,5 MeV. Teilchen mit einer Energie, die größer als 6,5 MeV ist, sind typisch Alpha-Teilchen natürlichen Ursprungs.A first discriminator threshold of energy discrimination corresponds to an energy of about 1 MeV. Particles with an energy greater than 1 MeV are typically alpha particles of both artificial and natural origin. Particles with energy less than 1 MeV and greater than a noise threshold of the Si semiconductor detector 10 are typically beta particles of both artificial and natural origin. A second discriminator threshold of energy discrimination corresponds to an energy of approximately 6.5 MeV. Particles with an energy greater than 6.5 MeV are typically alpha particles of natural origin.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Messen von luftgetragener Alpha- und Beta-Strahlung künstlichen Ursprungs mittels des Si-Halbleiterdetektors 10 beschrieben.The method according to the invention for measuring airborne alpha and beta radiation of artificial origin by means of the Si semiconductor detector will be described below 10 described.

Während eines vorgegebenen Zeitintervalls, welches eine Dauer zwischen 10 min und 30 min aufweisen kann, wird im Mikroprozessor 30 eine Anzahl A1 von Teilchen gezählt, die auf den Si-Halbleiterdetektor 10 treffen und eine Energie aufweisen, die größer als 1 MeV ist, eine Anzahl A2 von Teilchen gezählt, die auf den Si-Halbleiterdetektor 10 treffen und eine Energie aufweisen, die kleiner als 1 MeV und größer als die Rauschschwelle ist, d. h. Teilchen mit einer Energie oberhalb des Detektorrauschens, eine Anzahl A3 von Teilchen gezählt, die auf den Si-Halbleiterdetektor 10 treffen und eine Energie aufweisen, die größer als 6,5 MeV ist, und eine Anzahl A4 von pseudo-koinzidenten Ereignissen gezählt.During a predetermined time interval, which may have a duration between 10 minutes and 30 minutes, is in the microprocessor 30 a number A1 of particles counted on the Si semiconductor detector 10 and having an energy greater than 1 MeV, a number A2 of particles counted on the Si semiconductor detector 10 and having an energy that is less than 1 MeV and greater than the noise threshold, ie, particles having energy above the detector noise, counting a number A3 of particles that are incident on the Si semiconductor detector 10 and having an energy greater than 6.5 MeV, and counting a number A4 of pseudo-coincident events.

Ein Ereignis wird als pseudo-koinzidentes Ereignis bestimmt, wenn ein Beta-Teilchen, d. h. ein Teilchen mit einer Energie kleiner als ca. 1 MeV, und ein Alpha-Teilchen, d. h. ein Teilchen mit einer Energie größer als ca. 1 MeV, zeitlich nacheinander innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer auf den Si-Halbleiterdetektor 10 treffen. Die vorgegebene Zeitdauer liegt in einem Bereich von ca. 200 μs bis 300 μs.An event is determined to be a pseudo-coincident event if a beta particle, ie a particle with an energy less than about 1 MeV, and an alpha particle, ie a particle with an energy greater than about 1 MeV, are sequentially timed within a predetermined period of time on the Si semiconductor detector 10 to meet. The predetermined period of time is in a range of approximately 200 μs to 300 μs.

Die Anzahl A1 entspricht in etwa einer Gesamtanzahl von Alpha-Teilchen. Die Anzahl A2 entspricht in etwa einer Gesamtanzahl von Beta-Teilchen. Die Anzahl A3 entspricht in etwa einer Gesamtanzahl von hochenergetischen Alpha-Teilchen natürlichen Ursprungs. Die Vorrichtung weist folglich 3 Kanäle auf: Einen Beta-Kanal, einen ersten Alpha-Kanal, der alle Alpha-Teilchen berücksichtigt, und einen zweiten Alpha-Kanal, der lediglich Alpha-Teilchen natürlichen Ursprungs berücksichtigt.The number A1 corresponds approximately to a total number of alpha particles. The number A2 corresponds approximately to a total number of beta particles. The number A3 corresponds approximately to a total number of high-energy alpha particles of natural origin. The device thus has 3 channels: a beta channel, a first alpha channel that considers all alpha particles, and a second alpha channel that only considers alpha particles of natural origin.

Eine theoretische Anzahl A5 von Alpha-Teilchen künstlichen Ursprungs wird mittels folgender Gleichung berechnet: A5 = A1 – k1(A3 + A4), mit 0 < k1 < 10 (1) k1 beträgt typisch 2.A theoretical number A5 of alpha particles of artificial origin is calculated using the equation: A5 = A1 - k1 (A3 + A4), with 0 <k1 <10 (1) k1 is typically 2.

Eine theoretische Anzahl A6 von Beta-Teilchen künstlichen Ursprungs wird mittels folgender Gleichung berechnet: A6 = A2 – k2(A3 + A4), mit 0 < k2 < 10 und k1 ≠ k2. (2) k2 beträgt typisch 4.A theoretical number A6 of beta particles of artificial origin is calculated using the equation: A6 = A2 - k2 (A3 + A4), with 0 <k2 <10 and k1 ≠ k2. (2) k2 is typically 4.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 2 das erfindungsgemäße Verfahren nochmals verdeutlicht.The following is with reference to 2 again clarifies the inventive method.

2 zeigt ein Impulshöhenspektrum von ²⁴¹Am in Gegenwart natürlicher Nuklide mit unterschiedlichen Energie-Schwellenwerten S1 und S2 von ca. 1 MeV und ca. 6,5 MeV. 2 shows a pulse height spectrum of ²⁴¹ Am in the presence of natural nuclides with different energy threshold values S1 and S2 of about 1 MeV and about 6.5 MeV.

Das Maximum der Alphalinie von ²⁴¹Am ist in der Amplitude ca. 10-mal größer als Betastrahlung von beispielsweise ³⁶Cl-36. Eine ²¹⁴Po Alphalinie aus der natürlichen Zerfallsreihe des Radon ist etwa 15-mal größer als die Betalinie. Alle Alphaspektren zeigen einen typischen niederenergetischen Ausläufer bedingt durch eine Vorabsorption in Filterpapier oder in Luft. Dadurch erhält man eine kleine Einstreuung in den Betakanal, welche aber später per Software im Mikroprozessor 30 korrigiert werden kann. Werden nun wiederum die Alpha- und Betasignale mittels einer Alpha-Beta-Pseudokoinzidenz-Diskriminierung verknüpft, so erhält man Pseudokoinzidenzen für eine Kompensation der natürlichen Strahlungsbeiträge.The maximum of the alpha line of ²⁴¹ Am is approximately 10 times greater in amplitude than beta radiation of, for example, ³⁶ Cl-36. A ²¹⁴ Po alpha line from the natural decay series of Radon is about 15 times larger than the Betalinie. All alpha spectra show a typical low-energy tail due to pre-absorption in filter paper or in air. This gives a small interference in the beta channel, but later by software in the microprocessor 30 can be corrected. If, in turn, the alpha and beta signals are linked by means of an alpha-beta pseudo-coincidence discrimination, then pseudo-coincidences are obtained for a compensation of the natural radiation contributions.

Die hochenergetischen Alpha-Teilchen der natürlichen Strahlung oberhalb des Spektrums der künstlichen Alpha-Teilchen werden mittels Energie-Diskriminierung ermittelt und zu den Pseudokoinzidenzen addiert.The high-energy alpha particles of the natural radiation above the spectrum of the artificial alpha particles are determined by means of energy discrimination and added to the pseudo-coincidences.

Damit kombiniert man für das Kompensationsverfahren zwei Methoden bzw. Ereignissignaturen, einmal die Pseudokoinzidenzen, welche aus dem radioaktiven Zerfall resultieren, und zum anderen die spektrale Verteilung der Alphas aus den natürlichen bzw. künstlichen Radionukliden. Mit einer Integralschwelle von z. B. entsprechend 6.5 MeV erhält man hierbei Kompensationsfaktoren von < 2 für den Alphakanal und < 4 für den Betakanal.This combines two methods or event signatures for the compensation method, the pseudo-coincidences, which result from the radioactive decay, and the spectral distribution of the alphas from the natural or artificial radionuclides. With an integral threshold of z. For example, according to 6.5 MeV, one obtains compensation factors of <2 for the alpha channel and <4 for the beta channel.

Gegenüber herkömmlichen Verfahren mit Si-Halbleiterdetektoren kann die Nachweisgrenze für künstliche Alpha- und Beta-Teilchen oder generell für Alpha-emittierende Radionuklide mit einer maximalen Alphaenergie von 6.5 MeV halbiert werden.Compared to conventional Si semiconductor detectors, the detection limit for artificial alpha and beta particles or generally for alpha emitting radionuclides with a maximum alpha energy of 6.5 MeV can be halved.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht insbesondere die Verwendung von Halbleiterdetektoren bei kleinen und mobilen Meßsystemen mit geringem Luftdurchsatz.The method according to the invention makes it possible in particular to use semiconductor detectors in small and mobile measuring systems with a low air throughput.

Claims

Method for measuring airborne alpha and beta radiation of artificial origin by means of a semiconductor detector ( 10 ), in which radiation contributions of natural origin are at least partially compensated by means of alpha-beta pseudo-coincidence discrimination, wherein - the radiation contributions of natural origin in addition to the alpha-beta pseudo-coincidence discrimination by means of energy discrimination are at least partially compensated, - is checked in the alpha-beta pseudo-coincidence discrimination, whether a beta particle and an alpha particle temporally successively within hit the semiconductor detector for a predetermined period of time, in which case the alpha particle and the beta particle are attributed to the natural radiation, - it is checked in the energy discrimination, whether an alpha particle that strikes the semiconductor detector, an energy which is greater than an energy threshold, in which case the alpha particle is also attributed to natural radiation and, to measure the airborne alpha and beta radiation of artificial origin during a given time interval, a number A1 of particles is counted on the Halbleiterd meet a detector and have an energy that is greater than a first energy threshold, - a number A2 is counted by particles that hit the semiconductor detector and have an energy that is less than the first energy threshold and greater than a second energy Threshold value is, - a number A3 of particles is counted that strike the semiconductor detector and have an energy that is greater than a third energy threshold, and - a number A4 of pseudo-coincident events is counted, wherein - a theoretical Number A5 of alpha particles of artificial origin is calculated using the following equation: A5 = A1 - k1 (A3 + A4), where 0 <k1 <10, and - a theoretical number A6 of beta particles of artificial origin is calculated using the equation: A6 = A2 - k2 (A3 + A4), with 0 <k2 <10 and k1 ≠ k2.

A method according to claim 1, characterized in that the predetermined period of time in a range of 100 microseconds to 400 microseconds, preferably 200 microseconds to 300 microseconds, is located.

The method of claim 1 or 2, characterized in that the third energy threshold is in a range of 5.5 MeV to 7 MeV.

A method according to claim 3, characterized in that the third energy threshold is 6.5 MeV.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the radiation contributions of natural origin are radon and thoron radiation contributions.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first energy threshold is in a range of 0.8 MeV to 1.2 MeV and the second energy threshold is determined by the noise of the semiconductor detector.

Apparatus for measuring airborne alpha and beta radiation of artificial origin, comprising - a semiconductor detector ( 10 ) and - an evaluation unit ( 30 ), which is coupled to the semiconductor detector and is adapted to at least partially compensate for radiation contributions of natural origin by means of an alpha-beta pseudo-coincidence discrimination, characterized in that - the evaluation unit for performing the method according to one of claims 1 to 6 is formed.

Device according to claim 7, characterized in that the semiconductor detector is a Si-semiconductor detector ( 10 ).