Bos Hoofdstuk 10 Meetmethoden voor ioniserende straling
10.1 Inleiding
Onder detectie van ioniserende straling verstaat men het aantonen van de aanwezigheid van
dergelijke straling, waarbij vaak ook kwantitatieve informatie wordt verkregen over
grootheden als fluentietempo, dosis, energie, enzovoort.
Het primaire proces daarbij is steeds wisselwerking tussen straling en detectormateriaal,
waarbij doorgaans stralingsenergie wordt geabsorbeerd. Bij de wisselwerking vindt er een
omzetting plaats, die resulteert in verwerkbare signalen, zoals licht of elektrische lading.
10.2 Algemene aspecten bij het meten van ioniserende straling
Teltempo
Als uitkomst van een telexperiment wordt vaak het teltempo R in plaats van het getelde
aantal N gerapporteerd.
Achtergrondcorrectie
Experimenten ter bepaling van de activiteit van een preparaat omvatten in het algemeen een
bruto-meting en een achtergrond meting, die doorgaans verschillende meettijden hebben.
Ten gevolge van deze verschillende tijden vindt de achtergrondcorrectie plaats op basis van
de teltempo.
Meettijdverdeling
Een terugkerend theoretisch probleem betreft de verdeling van de tijd voor de bruto- en
achtergrondmeting, opdat het resultaat optimaal is. Als van een totale meettijd t een fractie x
aan de brutometing wordt besteed, resteert voor de achtergrondmeting een tijd ta = (1-x)t.
Minimaal te detecteren aantal
Als aan de laatste eis voor ta is voldaan, dus na een langdurige bepaling van het
achtergrondteltempo van een detector, is de vraag welk minimum teltempo nog juist boven
de achtergrond met dit instrument is te meten. Een detectielimiet is dus alleen te definiëren
met inbegrip van de bijbehorende overschrijdingskans. Als minimaal te detecteren teltempo
wordt doorgaans die waarde bedoeld, die hoort bij de overschrijdingskans voor het netto-
aantal van 3σ.
Maximaal te detecteren tempo
In detectorsystemen neemt de verwerking van een puls enige tijd in beslag, waardoor
uiteindelijk de te tellen puls een tijdsduur krijgt die afhankelijk is van het gebruikte
detectiesysteem zelf. Door deze tijdsduur 𝜏 neemt de beschikbare tijd om pulsen waar te
nemen bij hoge teltempi af, zodat het tellen minder efficiënt verloopt.
Men moet dus bij alle detectorsystemen rekening houden met een bepaalde minimale tijd
tussen twee opeenvolgende interacties, wil men deze gescheiden kunnen waarnemen. Deze
minimale tijd, de dode tijd van het detectorsysteem, wordt bepaald door de detector, of door
de verwerking van de signalen. Twee interacties die elkaar opvolgen binnen een tijdsbestek
kleiner dan de dode tijd, zullen door het detectorsysteem slechts als één puls worden
weergegeven. De correctie voor dode-tijdverliezen kan op twee manieren gebeuren:
, 1. Niet-paralyseerbare systemen: na een eerste
interactie is het systeem gedurende een vaste
dode tijd 𝜏 niet beïnvloedbaar door volgende
interacties. Het juiste teltempo R0 wordt
R
gegeven door: R 0 = 1-R∙τ .
2. Paralyseerbare systemen: een interactie die
plaatsvindt binnen de dode tijd na een vorige
interactie wordt niet als een puls geregistreerd,
maar inactiveert de detector opnieuw
gedurende een tijd 𝜏. Het waargenomen
teltempo R wordt gegeven door:
R=R 0 ∙ e−R0 ∙τ .
Het is mogelijk bij verschillende waarden van R0
hetzelfde teltempo R te meten, hetgeen bij
dergelijke systemen tot gevaarlijke
interpretatiefouten kan leiden. De dode tijd van
een detectorsysteem wordt gewoonlijk
experimenteel bepaald door het teltempo R te
meten voor verschillende waarden van R0.
Rendement
Niet alle van belang zijnde deeltjes of fotonen die
door een stralingsbron worden uitgezonden,
worden bij een meting geregistreerd. De
verhouding tussen het aantal geregistreerde pulsen en het aantal in de bron geproduceerde
deeltjes of fotonen wordt het totale of absolute rendement genoemd η = signaal / emissie <
1.
Het rendement is kleiner dan 1. Dit heeft de volgende oorzaken:
• ηs = interacties in het materiaal en omhullend materiaal bron.
• ηm= interacties in medium tussen bron en detector.
• ηg = zichtbaarheid bron (beperkte ruimtehoek).
• ηd = interactie loze deeltjes; niet alle deeltjes of fotonen die de detector bereiken,
ondergaan een interactie die een signaal levert.
• ηr = niet alle geproduceerde signalen worden geregistreerd.
Elk der verliesfactoren is te verdisconteren in een factor < 1, zodanig dat hun product gelijk is
aan het absolute rendement: η = ηs * ηm * ηg * ηd * ηr
10.3 Stralingssensoren
Het primaire proces bij detectie van straling is steeds wisselwerking tussen het
stralingsquant en het sensormateriaal, waarbij stralingsenergie wordt overdragen aan
atomaire elektronen. Deze energietoename leidt tot een direct of indirect meetbare grootheid
die vervolgens voor verdere verwerking in aanmerking komt, waarmee een uitspraak over
het stralingsveld gedaan kan worden.
10.1 Inleiding
Onder detectie van ioniserende straling verstaat men het aantonen van de aanwezigheid van
dergelijke straling, waarbij vaak ook kwantitatieve informatie wordt verkregen over
grootheden als fluentietempo, dosis, energie, enzovoort.
Het primaire proces daarbij is steeds wisselwerking tussen straling en detectormateriaal,
waarbij doorgaans stralingsenergie wordt geabsorbeerd. Bij de wisselwerking vindt er een
omzetting plaats, die resulteert in verwerkbare signalen, zoals licht of elektrische lading.
10.2 Algemene aspecten bij het meten van ioniserende straling
Teltempo
Als uitkomst van een telexperiment wordt vaak het teltempo R in plaats van het getelde
aantal N gerapporteerd.
Achtergrondcorrectie
Experimenten ter bepaling van de activiteit van een preparaat omvatten in het algemeen een
bruto-meting en een achtergrond meting, die doorgaans verschillende meettijden hebben.
Ten gevolge van deze verschillende tijden vindt de achtergrondcorrectie plaats op basis van
de teltempo.
Meettijdverdeling
Een terugkerend theoretisch probleem betreft de verdeling van de tijd voor de bruto- en
achtergrondmeting, opdat het resultaat optimaal is. Als van een totale meettijd t een fractie x
aan de brutometing wordt besteed, resteert voor de achtergrondmeting een tijd ta = (1-x)t.
Minimaal te detecteren aantal
Als aan de laatste eis voor ta is voldaan, dus na een langdurige bepaling van het
achtergrondteltempo van een detector, is de vraag welk minimum teltempo nog juist boven
de achtergrond met dit instrument is te meten. Een detectielimiet is dus alleen te definiëren
met inbegrip van de bijbehorende overschrijdingskans. Als minimaal te detecteren teltempo
wordt doorgaans die waarde bedoeld, die hoort bij de overschrijdingskans voor het netto-
aantal van 3σ.
Maximaal te detecteren tempo
In detectorsystemen neemt de verwerking van een puls enige tijd in beslag, waardoor
uiteindelijk de te tellen puls een tijdsduur krijgt die afhankelijk is van het gebruikte
detectiesysteem zelf. Door deze tijdsduur 𝜏 neemt de beschikbare tijd om pulsen waar te
nemen bij hoge teltempi af, zodat het tellen minder efficiënt verloopt.
Men moet dus bij alle detectorsystemen rekening houden met een bepaalde minimale tijd
tussen twee opeenvolgende interacties, wil men deze gescheiden kunnen waarnemen. Deze
minimale tijd, de dode tijd van het detectorsysteem, wordt bepaald door de detector, of door
de verwerking van de signalen. Twee interacties die elkaar opvolgen binnen een tijdsbestek
kleiner dan de dode tijd, zullen door het detectorsysteem slechts als één puls worden
weergegeven. De correctie voor dode-tijdverliezen kan op twee manieren gebeuren:
, 1. Niet-paralyseerbare systemen: na een eerste
interactie is het systeem gedurende een vaste
dode tijd 𝜏 niet beïnvloedbaar door volgende
interacties. Het juiste teltempo R0 wordt
R
gegeven door: R 0 = 1-R∙τ .
2. Paralyseerbare systemen: een interactie die
plaatsvindt binnen de dode tijd na een vorige
interactie wordt niet als een puls geregistreerd,
maar inactiveert de detector opnieuw
gedurende een tijd 𝜏. Het waargenomen
teltempo R wordt gegeven door:
R=R 0 ∙ e−R0 ∙τ .
Het is mogelijk bij verschillende waarden van R0
hetzelfde teltempo R te meten, hetgeen bij
dergelijke systemen tot gevaarlijke
interpretatiefouten kan leiden. De dode tijd van
een detectorsysteem wordt gewoonlijk
experimenteel bepaald door het teltempo R te
meten voor verschillende waarden van R0.
Rendement
Niet alle van belang zijnde deeltjes of fotonen die
door een stralingsbron worden uitgezonden,
worden bij een meting geregistreerd. De
verhouding tussen het aantal geregistreerde pulsen en het aantal in de bron geproduceerde
deeltjes of fotonen wordt het totale of absolute rendement genoemd η = signaal / emissie <
1.
Het rendement is kleiner dan 1. Dit heeft de volgende oorzaken:
• ηs = interacties in het materiaal en omhullend materiaal bron.
• ηm= interacties in medium tussen bron en detector.
• ηg = zichtbaarheid bron (beperkte ruimtehoek).
• ηd = interactie loze deeltjes; niet alle deeltjes of fotonen die de detector bereiken,
ondergaan een interactie die een signaal levert.
• ηr = niet alle geproduceerde signalen worden geregistreerd.
Elk der verliesfactoren is te verdisconteren in een factor < 1, zodanig dat hun product gelijk is
aan het absolute rendement: η = ηs * ηm * ηg * ηd * ηr
10.3 Stralingssensoren
Het primaire proces bij detectie van straling is steeds wisselwerking tussen het
stralingsquant en het sensormateriaal, waarbij stralingsenergie wordt overdragen aan
atomaire elektronen. Deze energietoename leidt tot een direct of indirect meetbare grootheid
die vervolgens voor verdere verwerking in aanmerking komt, waarmee een uitspraak over
het stralingsveld gedaan kan worden.
