Thorium Gammaspektrum

Pitt · Anmeldungsdatum: 09.11.2016 Beiträge: 34 Wohnort: Bayern

Meine Frage:
Beim Zerfall von U238 entsteht Th234. Th234 sendet auch Gamma aus. Eine Linie liegt bei 63,30 keV. Die Frage :
Ist es möglich mit einem Szintillationsmeßplatz / Gammaspektrometer mit einem 2" NaI Kristall diese Linie zu erkennen? Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein?

Meine Ideen:
Prüfung eines Spektrums mit einem Cäsium oder Lutetium Präparat, welches sicher keine Th234 Linie hat.

para · Moderator Anmeldungsdatum: 02.10.2004 Beiträge: 2874 Wohnort: Dresden

Auf Seite 537 dieser pdf-Datei siehst du ein Spektrum von Uranerz, aufgenommen mit einem 3x3" NaI vor etwa 60 Jahren. Ein Röntgenpeak bei ~80keV ist eingezeichnet, prinzipiell sollte eine Detektion deiner Linie also möglich sein.

Als kritische Fragen für deine konkrete Messung würde ich sehen:

1) Welche untere Energieschwelle hat dein Detektorsystem? Falls dein Spektrum bei niedrigen Energien z.B. durch Rauschen beeinflusst wird, könnte eine Detektion der Linie bei 60keV erschwert werden.

2) Welche Energieauflösung hat dein Detektor? Neben der 63keV-Linie emittiert 234Th beim Zerfall auch Photonen mit etwa 92keV (siehe z.B. hier). Im Falle einer natürlichen Probe Uranerz wird zudem auch Strahlung der weiteren Zerfallsreihe (siehe z.B. Seite 41 hier), teilweise in ähnlichem Energiebereich zu sehen sein. Inwiefern du den Peak eindeutig von den anderen Linien unterscheiden und damit 234Th zuordnen kannst, wird entscheidend von deiner Auflösung abhängen. Die Energiekalibrierung muss natürlich auch entsprechend präzise sein.

3) Wie stark ist die Absorption eines 60keV Photons im Material zwischen Quelle und Detektor in deinem Aufbau? Eine zu massives Gehäuse deines Detektors z.B. könnte deine Detektionseffizienz verringern.

Falls du ein Spektrum der natürlichen Hintergrundstrahlung, aufgenommen mit deinem Detektor, zur Verfügung hast, könntest du dir schon einmal konkret für deinen Aufbau anschauen, ob du Linien in diesem Energiebereich ausmachen kannst.

Peter16 · Gast

Danke für die schnelle Antwort. Nun muß ich weiter stöbern und klären.
Pitt

Pitt16 · Gast

Hallo,
zu 1) Rauschen liegt umgerechnet unter 5 keV.
zu 2) darf leider keinen Link nutzen. 92,4 keV Linie ist sichtbar.
zu 3) der Aufbau ist leider sehr kompakt. 3cm Pb + 6mm Plexi + 1mm Cu um den Kristall.

Pitt

P.S.
kann mich leider nicht registrieren. System behauptet doppelte Email Adresse.

Pitt · Anmeldungsdatum: 09.11.2016 Beiträge: 34 Wohnort: Bayern

Bild kann ich nun nachreichen. Stimmen meine Texte?

http://img5.fotos-hochladen.net/uploads/th232testchg6iyjnfo.jpg

Pitt

para · Moderator Anmeldungsdatum: 02.10.2004 Beiträge: 2874 Wohnort: Dresden

Der Peak für 212Pb ist deutlich, dazu ist denke ich nicht viel zu sagen.

Für die 63keV-Linie von 234Th braucht man in deinem Spektrum aber schon einige Fantasie. Eventuell könntest du versuchen, das Spektrum zu fitten, um zu verdeutlichen, dass dort ein Beitrag eines Peaks vorhanden ist.

Bei den Röntgenlinien für Pb meintest du möglicherweise Kα2 und Kα1? Die Kβ-Linien sollten nach meinen Quellen bei 85keV und 87keV liegen.

Damit würden sich die Kβ-Linien von Pb möglicherweise mit der 92keV-Linie (bzw. dem Dublett) von Th234 überlagern. Tatsächlich ist das Maximum des Peaks in deinem Spektrum leicht unter 92keV (was aber auch an der Energiekalibrierung liegen könnte).

Ebenfalls in dieser Region (bei 75 und 77keV) sind die Kα-Linien von Bismuth, welche aus dem Zerfall von 212Pb (natürliche Radioaktivität: Thorium-Zerfallsreihe) und 214Pb (Uran-Zerfallsreihe, natürliche Radioaktivität oder aus deiner Probe) stammen können. Wenn dir ein Untergrundspektrum (also eine Messung ohne Probe) zur Verfügung steht, wäre es gut zu zeigen, welcher Anteil des Signals in dieser Region allein auf den Untergrund entfällt.

Nur vom Draufschauen (also ohne Fit), würde ich in deinem Spektrum noch Beiträge bei ~105keV und möglicherweise ~210keV vermuten. Wenn deine Aufgabenstellung ist, alle Strukturen des Spektrums ihrem Ursprung zuzuordnen, solltest du noch einmal nach möglichen Linien im radioaktiven Untergrund oder deiner Zerfallsreihe suchen.

Wenn es dir zur Verfügung steht, könntest du z.B. in "Practical Gamma-ray Spectrometry" von Gordon R. Gilmore schauen. Anhang D hat eine Tabelle mit typischen Untergrund-Linien (und da U238 zum Untergrund zählt auch "deine" Linien), diese Liste gibt es sogar auch online.

Pitt · Anmeldungsdatum: 09.11.2016 Beiträge: 34 Wohnort: Bayern

Hallo,
hier das gewünschte Spektrum ohne ein Präparat.