HPGe dedektörlerde marinelli kaynak geometrisinin Monte Carlo yöntemi ile modellenmesi
Modelling of marinelli source geometry in HPGe detectors using Monte Carlo method
Yazar: GÜLPER AKSOY
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA HİCABİ BÖLÜKDEMİR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Gama spektroskopisi ile çevresel numunelerin radyoaktif olup olmadığı, bir aktiflik söz konusu ise radyoaktivitenin hangi atom çekirdeğinden kaynaklandığı belirlenebilmektedir. Bu amaçla Yüksek Saflıkta Germanyum (HPGe) detektörleri, çevresel numunelerdeki düşük radyoaktivitenin saptanması için sıklıkla kullanılıır. Dedektörün ve kaynağın geometrisi iyi biliniyorsa herhangi bir gama enerjisi için HPGe'den elde edilen toplam enerji pik verimi (FEPE), Monte Carlo (MC) simülasyon yöntemleriyle kolayca simüle edilebilir. Böylece standart kaynağı bulunmayan bir kaynak geometrisi için FEPE elde edilmesini sağlayabilir. MC ile FEPE hesabı dedektörün ölü tabaka kalınlığı (DL), alüminyum tutucular ve pencere kalınlığı gibi parametreler ile yakından ilgilidir. Bu tezin birinci çalışmasında, çok enerjili nokta radyoaktif kaynak ile p tipi HPGe dedektörün FEPE değerleri deneysel ve MC yöntemi ile elde edilmiştir.  Dedektörün üretimden bugüne yedi yıllık kullanımdan sonra tek katman ölü tabaka kalınlığının 0,7 mm'den 1,4 mm'ye arttığı bulunmuştur. Daha sonra ölü tabaka kalınlığı ön ve yan olarak ayrıldığında sırasıyla 1,075 ve 1,7 mm olarak tespit edilmiştir. Tezin ikinci çalışmasında, 0,5 g/cc, 0,7 g/cc, 1,0 g/cc ve 1,3 g/cc yoğunluklu epoksi Marinelli radyoaktif kaynakların deneysel ve MC ile verim değerleri elde edilmiştir ve birbirleriyle karşılaştırılmıştır. 241Am (59,5keV) için %12, 137Cs (661,7 keV) için %2 fark gözlenmiştir. Üçüncü çalışmada, en yüksek verim değerini veren Marinelli kap geometrisinin nasıl olması gerektiği MC ile incelenmiştir. Son çalışmada, fotonun kaynaktan kritale doğru seyahatinde karşılaştığı alüminyum pencere ve ölü tabakanın verim profiline etkisi incelenmiştir. Ölü tabakanın dedektörün verim profilinin baskın belirleyicisi olduğu görülmüştür.

Abstract:
With gamma spectroscopy, it can be determined whether environmental samples are radioactive or not, and if so, which atomic nucleus the radioactivity originates from. For this purpose, High-Purity Germanium (HPGe) detectors are frequently used to detect low radioactivity in environmental samples. If the geometry of detector and source are well known, the full energy peak efficiency (FEPE) obtained from HPGe for any gamma energy can be easily simulated with Monte Carlo (MC) methods. Thus, it can provide FEPE for a weld geometry that does not have a standard source. FEPE calculation with MC is closely related to parameters such as the detector's dead layer (DL) thickness, aluminum holders and window thickness. In the first study of this thesis, FEPE values of p-type HPGe detector with multi-energy point radioactive source were obtained experimentally and using MC method. In the seven years since the detector was produced, it was found that the single-layer dead layer thickness increased from 0.7 mm to 1.4 mm. Later, when the dead layer thickness was divided into front and side, it was determined as 1.075 and 1.7 mm, respectively. In the second study of the thesis, experimental and MC efficiency values of 0.5 g/cc, 0.7 g/cc, 1.0 g/cc, and 1.3 g/cc density epoxy Marinelli radioactive sources were obtained and compared with each other. 12% difference was observed for 241Am (59.5 keV) and 2% difference was observed for 137Cs (661.7 keV). The third study investigated the Marinelli container geometry with the highest efficiency value using MC. The last study examined the effect of the aluminum window and dead layer encountered by the photon on the efficiency profile on its path from the source to the crystal. The dead layer was found to be the dominant determinant of the detector's efficiency profile.