DEUTSCH

Aachen Institute for Nuclear Training GmbH
Cockerillstrasse 100 •
52222 Stolberg (Rhld.) - Deutschland

Phone: +49 (0) 2402 127505 111
Fax: +49 (0) 2402 127505 500

E-Mail: contact@nuclear-training.de

 

FORSCHUNGSTHEMEN

AiNT betreibt aktiv Forschung und Entwicklung im Bereich der Kernstrahlungsmesstechnik. Dabei entwickeln wir Messverfahren und Messanlagen für unterschiedliche Anwendungsgebiete sowie zugehörige Auswertesoftware und –methoden. Insbesondere ist AiNT in die folgenden beiden Verbundvorhaben eingebunden:

ZEBRA (Zerstörungsfreie Bestimmung von Reststoffen und Altlasten)
Entwicklung einer innovativen Messanlage auf Grundlage der P&DGNAA sowie einer geeigneten Auswertemethodik für die Umweltanalytik in Kooperation mit der Arbeitsgruppe „Simulation in der Kerntechnik“ des Center for Computational Engineering Science der RWTH Aachen University.

PROMETEUS (Process of radioactive Mercury Treatment under EU Safety-standards)
Entwicklung und Validierung eines Entsorgungskonzeptes für radioaktives Quecksilber und quecksilberhaltige Abfallkontingente in Kooperation mit dem Institut für Energie- und Klimaforschung - Nukleare Entsorgung und Reaktorsicherheit am Forschungszentrum Jülich.


ENTWICKLUNG INNOVATIVER MULTIPEAKANALYSE-VERFAHREN

Die vollautomatische Auswertung von Gamma-Spektren speziell für industrielle Anwendungen stellt eine Herausforderung dar, für die weder konventionelle Software noch der aktuelle Stand der Wissenschaft direkt verwendbare Lösungen bieten. Deshalb entwickeln wir selbstständig neuartige Methoden der Auswertung. Dabei folgen wir der Maxime, sämtliche verfügbaren Informationen für die Auswertung zu nutzen, um vollständige Ergebnisse bei möglichst geringen Messunsicherheiten zu erreichen. Unsere Forschungsansätze basieren auf der simultanen Auswertung sämtlicher Peaks eines Elements in dem aufgenommenen Gamma-Spektrum. Dabei wird in zwei Schritten zunächst ein sogenannter Fingerabdruck eines jeden Elementes mit dem Spektrum abgeglichen, um vorhandene Elemente zu identifizieren. Dann werden die Hauptcharakteristika des Spektrums mathematisch rekonstruiert und so eine vollständige Zusammensetzung (bzgl. Massenanteile) der Probe bestimmt.

Diese Forschungsarbeit entsteht in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe „Simulation in der Kerntechnik“ des Center for Computational Engineering Science der RWTH Aachen University und ist Teil des Forschungsprojektes ZEBRA.

 

BESTIMMUNG VON MESSUNSICHERHEITEN GEMÄß DIN ISO 11929

Anforderungen an die Bestimmung von Messunsicherheiten in der Kernstrahlungsmesstechnik werden in der DIN ISO 11929 festgelegt. Diese beinhaltet Verfahrensvorschriften zur Berechnung bei Standardanwendungen, eine normative Festlegung wichtiger Begriffe (Nachweisgrenze, Erkennungsgrenze, Vertrauensgrenzen) und insbesondere die Forderung nach einer vollständigen und transparenten Dokumentation sowohl des Messverfahrens, als auch des Verfahrens zur Bestimmung der Messunsicherheiten.

Eine Unsicherheitsanalyse beginnt mit der Festlegung des Modells der Auswertung. Das Modell kann durch eine mathematische Formel oder durch ein Computerprogramm gegeben sein. Es erfolgt eine vollständige Analyse aller Größen, die Einfluss auf das finale Messergebnis haben. Die Unsicherheiten auf diesen Einflussgrößen müssen quantifiziert werden oder es ist zu dokumentieren, warum Unsicherheiten vernachlässigt werden können (z. B. die auf physikalischen Konstanten mit sehr geringen Unsicherheiten beruhen). Diese Einzelunsicherheiten können durch begründete Modellannahmen (z. B. die zugrunde liegende Statistik zählender Messungen), wiederholte direkte Messungen oder auch Simulationsstudien bestimmt werden. Durch festgelegte Rechenvorschriften wird die Fortpflanzung der Einzelunsicherheiten und damit die Unsicherheit auf dem Messergebnis bestimmt. Die Dokumentation des Messergebnisses beinhaltet dann neben dem Ergebnis selbst und der zugehörigen Unsicherheit die Angabe aller Einflussgrößen, deren Unsicherheiten, wie diese quantifiziert wurden und die Angabe der charakteristischen Grenzen in einem Prüfbericht.

 

SOFTWAREENTWICKLUNG FÜR DIE GAMMA-SPEKTROSKOPIE

Wir entwickeln eine in-house Gamma-Spektroskopie-Software mit dem Namen „PEAK“ für die prompte und verzögerte Gamma-Neutronen-Aktivierungsanalyse (Englisch: P&DGNAA). Darin implementieren wir Auswertealgorithmen gemäß dem aktuellen Stand von Wissenschaft und Technik. In der Software binden wir aktuelle und verifizierte nuklearphysikalische Datenbanken ein (z.B. der IAEA  oder ENDF-B.VII.1). Anhand dieser Informationen können wir die Peaks im Gamma-Spektrum zuordnen und auswerten. Die Nettopeakfläche wird über den Fit mit einem physikalischen Modell bestimmt. Hierdurch können die Massen einzelner Element in einer Probe berechnet werden. Die Bestimmung von dazu notwendigen Messparametern, wie den energieabhängigen Photopeak-Effizienzen oder dem integralen Neutronenfluss, erfolgt in den derzeitigen Messkampagnen mittels Monte-Carlo-Simulationen auf unserem High-Performance Compute-Cluster. Wir entwickeln derzeit Methoden die zu einer vollständigen Automatisierung der Auswertung führen sollen und somit eine Multielementanalyse innerhalb von Sekunden ermöglicht.

 

WEITERENTWICKLUNG DER UNSICHERHEITSANALYSE-METHODEN
MITTELS BAYER´SCHER STATISTIK

Die Standardverfahren zur Bestimmung von Messunsicherheiten gehen in der Regel von einer vollständigen Unabhängigkeit sämtlicher Eingangsgrößen aus und vernachlässigen (physikalische) Randbedingungen. Die Bayes’sche Statistik ist ein mächtiges mathematisches Werkzeug das eine noch genauere Betrachtung von Unsicherheiten durch das Hinzuziehen zusätzlicher Informationen ermöglicht. Wir nutzen dieses Werkzeug um die Standardverfahren zur Bestimmung der Messunsicherheiten in Zusammenarbeit den Kollegen/-innen am MATHCCES der RWTH Aachen weiterzuentwickeln. Dies führt zu einer genaueren Quantifizierung der Unsicherheiten und ist in der Regel gleichbedeutend mit einer Reduktion der Unsicherheiten. Einfachstes Beispiel für eine Zusatzinformation, die bei der Bestimmung der Messunsicherheit miteinbezogen werden kann, ist die Tatsache, dass physikalische Größen nicht negativ sein können. Die Bayes’sche Statistik ermöglicht aber auch komplexere Betrachtungen wie eine hierarchische Auswertung von Messergebnissen. Dabei fließen Ergebnisse von vorangegangenen Schritten in die Auswertung des aktuellen Schrittes ein und bewirken so eine Reduktion der Unsicherheiten. Ein Beispiel dafür ist die Bestimmung von Massenanteilen einzelner Elemente bei der Neutronen-Aktivierungsanalyse. Sind bereits mehrere Massen bestimmt worden und ist gleichzeitig die Gesamtmasse einer Probe bekannt, so reduziert das den Spielraum für Unsicherheiten bei der Bestimmung der Massen weiterer in der Probe enthaltenen Elemente.

© 2011-2017 AiNT - Aachen Institute for Nuclear Training GmbH
IMPRESSUM  |  DATENSCHUTZBESTIMMUNGEN  |  AGB  |  KONTAKT  |  LOGIN