Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Characterization of a Particle-Gamma Coincidence Detector System Utilizing Si Strip and HPGe Detectors for Environmental Studies

Englund, Solveig LU (2025) FYSK04 20251
Department of Physics
Particle and nuclear physics
Abstract
A gamma-charged particle coincidence spectroscopy setup was constructed, with the intended purpose of analysing future aerosol samples from the ESS. The setup consists of a Compex composite high purity germanium (HPGe) detector, with a bismuth-germanate oxide (BGO) anti-Compton shield (ACS), and a single-sided silicon strip detector (SSD). A 207Bi sample was used to evaluate the performance of the system, showing a high resolution with a 52% increase in peak-to-total ratio, of a 570 keV peak, when utilizing the ACS, and the composite nature of the Compex, to correct for Compton scattering. The ability of the system to characterise aerosol filter samples containing radionuclides was demonstrated by taking measurements of a filter containing... (More)
A gamma-charged particle coincidence spectroscopy setup was constructed, with the intended purpose of analysing future aerosol samples from the ESS. The setup consists of a Compex composite high purity germanium (HPGe) detector, with a bismuth-germanate oxide (BGO) anti-Compton shield (ACS), and a single-sided silicon strip detector (SSD). A 207Bi sample was used to evaluate the performance of the system, showing a high resolution with a 52% increase in peak-to-total ratio, of a 570 keV peak, when utilizing the ACS, and the composite nature of the Compex, to correct for Compton scattering. The ability of the system to characterise aerosol filter samples containing radionuclides was demonstrated by taking measurements of a filter containing 232Th progeny. The measurements confirm the expected high performance of the setup in sample characterisation, making it a promising tool for environmental monitoring. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
European Spallation Source (ESS) är en partikelaccelerator under konstruktion i Lund. Den kommer att skjuta protoner mot ett stort “hjul” av Wolfram, för att skapa neutroner till forskning. Hjulet kommer efter användning att bli mycket radioaktivt. En olycka, såsom att kylningssystemet går sönder, skulle släppa ut radioaktivt material som kan spridas med vinden och potentiellt bli en hälsorisk för personer i det närliggande området. För att övervaka området kring ESS kommer luftprovtagare ställas upp kring anläggningen för att fånga luftpartiklar (aerosoler) på filter. Dessa filter kan sedan analyseras för att uppskatta vilken dos strålning allmänheten utsätts för, och vilka ämnen den härstammar ifrån, både under normal drift och vid en... (More)
European Spallation Source (ESS) är en partikelaccelerator under konstruktion i Lund. Den kommer att skjuta protoner mot ett stort “hjul” av Wolfram, för att skapa neutroner till forskning. Hjulet kommer efter användning att bli mycket radioaktivt. En olycka, såsom att kylningssystemet går sönder, skulle släppa ut radioaktivt material som kan spridas med vinden och potentiellt bli en hälsorisk för personer i det närliggande området. För att övervaka området kring ESS kommer luftprovtagare ställas upp kring anläggningen för att fånga luftpartiklar (aerosoler) på filter. Dessa filter kan sedan analyseras för att uppskatta vilken dos strålning allmänheten utsätts för, och vilka ämnen den härstammar ifrån, både under normal drift och vid en olycka.

Vid radioaktivt sönderfall kan flera olika typer av strålning avges beroende på vilket ämne som sönderfaller: “ljuspartiklar” kallade fotoner eller gammastrålning, elektroner, och heliumkärnor kallade alfa-partiklar är bland de vanligaste. Strålningen har olika mängd energi beroende på vilket ämne den kommer ifrån, vilket kan utnyttjas för att identifiera innehållet i radioaktiva prover, såsom filtren från ESS. Ämnena som släpps ut från ESS kommer främst att avge alfastrålning, eller alfastrålning i kombination med gammastrålning. Av denna anledning har tidigare forskning fokuserat på mätningar av alfastrålning, men att även utnyttja gammastrålningen kan leda till bättre mätningar.

I denna uppsats föreslås en uppställning för alfa-gamma coincidence mätningar, som ska kunna vara applicerbar på studier av både aerosolfilter, likt de från ESS, och andra radioaktiva prover. “Coincidence” mätningar (bokstavligt mätningar av sammanträffanden) är baserat på att många ämnen avger flera sorters strålning i följd, vilket kan utnyttjas genom att använda två detektorer samtidigt. Om man mäter ämnen som man vet avger flera partiklar i kort följd kan man välja ut enbart de signaler där båda detektorerna detekterat strålning ungefär samtidigt, och på så vis undvika ointressant bakgrundsstrålning. Detta gör det enklare att identifiera vilka ämnen som är närvarande i ett prov. \\

Uppställningen består av en ny högupplöst gamma-detektor, kallad Compex, och en detektor av kisel-remsor för att detektera laddade partiklar, till exempel alfa-partiklar. Eftersom gammastrålning har en tendens att studsa ut ur detektorer innan all energi har avgetts så bildas en bakgrund i energi-spektrum som inte bidrar till de toppar som är av intresse. För att motverka detta användes även en sekundär detektor runt Compex-detektorn för att identifiera den gammastrålning som studsat ut. Detta system bör minimera bakgrundsstrålning och på så sätt utgöra en effektiv och exakt metod för att identifiera innehållet i radioaktiva prover. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Englund, Solveig LU
supervisor
organization
course
FYSK04 20251
year
type
M2 - Bachelor Degree
subject
language
English
id
9205298
date added to LUP
2025-07-01 07:57:41
date last changed
2025-07-01 07:57:41
@misc{9205298,
  abstract     = {{A gamma-charged particle coincidence spectroscopy setup was constructed, with the intended purpose of analysing future aerosol samples from the ESS. The setup consists of a Compex composite high purity germanium (HPGe) detector, with a bismuth-germanate oxide (BGO) anti-Compton shield (ACS), and a single-sided silicon strip detector (SSD). A 207Bi sample was used to evaluate the performance of the system, showing a high resolution with a 52% increase in peak-to-total ratio, of a 570 keV peak, when utilizing the ACS, and the composite nature of the Compex, to correct for Compton scattering. The ability of the system to characterise aerosol filter samples containing radionuclides was demonstrated by taking measurements of a filter containing 232Th progeny. The measurements confirm the expected high performance of the setup in sample characterisation, making it a promising tool for environmental monitoring.}},
  author       = {{Englund, Solveig}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{Characterization of a Particle-Gamma Coincidence Detector System Utilizing Si Strip and HPGe Detectors for Environmental Studies}},
  year         = {{2025}},
}