Gama spektroskopisinde fotopik şiddetini hesaplamak için farklı algoritmalar kullanarak nümerik ve sayısal analizler yapılması
Analytical and numerical analysis of counting the intensity of photopeak in gamma ray spectroscopy with different algorithms
Yazar: KADİR DAĞLI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ İLKER CAN ÇELİK
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Gama spektroskopisi = Gamma spectroscopy ; Gauss fonksiyonları = Gaussian functions ; Sayısal analiz = Numerical analysis

Özet:
Gama spektroskopisi nükleer fizikte uygulaması yaygın olan bir alandır. Genel itibariyle, gama ışını yayan radyoaktif bir kaynağın spektrumu incelenirken karşılaşılabilecek yöntemler iyi irdelenmelidir. Yöntemlerin farklılıklarına göre, alınacak çözümler için çıkacak sonuçlar ve hata payları da farklılık gösterecektir. Yöntemsel olarak analiz adımlarını açık ve net olarak adım adım belirtmek önem taşımaktadır. Bu işlemleri yaparken, 60Co çekirdeğinden aldığımız spektrum örnek teşkil etmesi için derinlemesine incelenmiştir. İlk etapta elektromanyetik dalgaların madde ile etkileşiminden ve dedektörlerden kısaca bahsedilip, sonrasında fotopik alanı sayım analizlerinden derinlemesine bahsedilmiştir. Bilgisayarımızda yüklü olan MAESTRO isimli, A65-B32 modelli ve 6.08 sürümlü yazılımı kullanarak NaI(Tl) sintilasyon dedektörü vasıtasıyla, istenen numunenin sayım sayıları dijital ortama aktarılmıştır. Analiz için gerekli kanal başına düşen sayım sayıları, gama spektrumu için MAESTRO'nun bize sunduğu ASCII SPE formatlı kayıt seçeneğiyle kolaylıkla kaydedilip, herhangi bir metin belgesi okuyucusuyla rahatlıkla açılıp, okunabilmektedir. Bu işlenmemiş veriyi alarak, seçtiğimiz C++ programlama dili ve ROOT veri analizi ara yüzüyle ya da alternatif olarak basitçe EXCEL dokümanıyla üzerinde işlemler yaparak analiz edebilmekteyiz. Analiz edilmiş ve işlenmiş bu veri, daha sonra bizim için kendimizin geliştireceği yöntem ile daha önceleri denenmiş ve geliştirilmiş farklı algoritmalar ile kıyaslanmıştır. Son olarak ise veriler tablolara ve grafiklere dökülmek suretiyle yorumlanarak, kendi ürettiğimiz yöntemin etkililiği, verimliliği ve uygulanabilirliği gösterilmiştir. Bu çalışmamızda, gama piklerinin altında kalan alanların her türlü numerik ve analitik analizlerini yapmak üzere belli başlı yöntemlere yer verilmiştir.
Bunlardan bazıları şöyle sıralanabilir:
Covell Yöntemi
TPA Yöntemi
Gilmore'un TPA Yöntemi
Maestro Software Yöntemi
Gauss Fit Yöntemi
Kullanılan bu yöntemlerde toplam pik alanı bulunmuş daha sonra net alanı bulmak amacıyla tabansayım olarak adlandırdığımız bölgenin alanını tayin etmek için geliştirilen farklı numerik veya analitik yöntemler kıyaslanıp, net alanlar tablolarla sunulmuştur. Görülen sonuçlar bize, genel anlamda tabansayımı sonuçlarının seçilen yöntemden yönteme değişeceğini, bununda net alan cevaplarını ve hatalarını etkileyeceğini göstermiştir. Ayrıca, pratiklik açısından analitik yöntemler ve kodlama stratejilerinin işlemlerdeki zaman kaybını azalttığı ve daha çok fit algoritmasını veya yöntemi tek seferde test etme üstünlüğünü bize verdiği görülmüştür. Bu net sayımlarının daha sonrasında radyoaktif materyallerin aktivite veya doz hesaplamalarında kullanılacağı bilinmelidir. Yani, bütün bu yöntemler ve net alan hesaplamaları aslında, diğer hesaplamalara taban hazırlar.

Abstract:
Gamma-ray spectroscopy is very widely used topic in nuclear physics. Generally, the methods in analysing any radioactive material should be investigated thoroughly. Depending on the different methods, the results and their errors will not be the same. Methodologically, each step in the procedure should be clearly stated. For that purpose, 60Co spectrum will be used as a case study in detail. At first, the interactions of gamma radiation with matter and some detectors will be presented for the theory section. Then, the determination of photopeak area will be exemplified in detail on by one. At first, unprocessed data will be extracted via the software called MAESTRO which is linked to the scintillation detector of NaI(Tl). We will be using the A65-B32 model and 6.08 version of this software which enables us to retrieve the data as ASCII SPE format. This format can be opened in any text editor program easily to extract. By taking this raw data, either in EXCEL or in C++ programs with ROOT data analysis interface of CERN, researcher can proceed the calculations. This programs also help us to visualize the data for the interpretation. With this processed data, other previously studied algorithms and our new method can be compared in terms of results, errors, and interpretation. By the help of figures and tables, new ideas, the effectiveness of our new method and the feasibility of the method can be tested. In this study, some common numeric and analytic approaches are indicated, so they can be listed as follows.
Covell Method
TPA Method
Gilmore's TPA Method
Maestro Software Method
Gaussian Fit Method
In these methods, we firstly found the gross area under each gamma-ray peak. Then, some distinct approaches as listed above to calculate the background counts under the peaks were tested and compared to reach the net counts of the signals. The results in tables proved that the background and the net counts or areas would change depending on the chosen method. Also, their errors will be affected as tested. In addition to all these, the flexibility and the practicality of the analytic method showed its superior usage in comparison to messy and more time consuming numerical methods. In the future analysis, either the net count or the net area will be in use to calculate the activity and doses of any radioactive materials in any related field. In summary, all these methods, which were studied in the thesis, provided the base results for future radioactive or radiological works.