PGAA

• Archäologie – Restaurierung / Konservierung, Provenienz, Echtheit (Keramik, Glas, Werksteine, Münzen und sonstige Metallobjekte)
• Kosmochemie (vor allem Meteoriten)
• Geologie/ Petrologie (Mazeral-Sedimente, Eisenerz)
• Umweltforschung (Luftverschmutzung, Fluss-Sedimente)
• Medizin (B, Li, Cd, Mn in Geweben, Nanopartikel für Krebstherapie, Strahlenschäden von DNS)
• Halbleiter- und Supraleiterforschung (z.B. H, B, P in Si für Solarzellen)
• Analyse von neuen Materialien (Katalysatoren, Clathrate, Kristalle, Superlegierungen)
• Reaktorphysik (Abschirmung, neue Materialen)
• Bestrahlungen (Testen der Strahlenhärte von Chips, Szintillatoren)
• Grundlagenforschung (nukleare Daten, Low-Spin-angeregte Zustände in Kernen, partielle und totale Wirkungsquerschnitte für Neutroneneinfang)

Für die Bestrahlung werden die Proben in mit Teflonfäden bespannte Aluminiumrahmen eingesetzt. Die typischen Abmessungen der Proben liegen bei einigen Zentimetern mit Dicken im Millimeterbereich. Der automatische Probenwechsler kann gleichzeitig bis zu 16 solcher Rahmen aufnehmen. Die dort integrierte Probenkammer kann evakuiert werden, damit Störungen durch Stickstoff- (und Argon-) Prompt-Gammalinien ausgeschlossen werden.

Neutronenstrahl
Die PGAA-Anlage befindet sich am Ende des gekrümmten, 55 m langen Neutronenleiters NL4-b. Die letzten 6,9 m des Leiters sind elliptisch verjüngt. Der Fluss des fokussierten Neutronenstrahls ist am Brennpunkt etwa 2 × 10⁹ n cm^–2 s^–1. Die letzten 1,1 m des elliptischen Leiters können durch einen Satz von Kollimatoren ersetzt werden, wobei der Strahl gleichmäßig und parallel gehalten wird.

Ein Satz von drei verschiedenen Abschwächern erlaubt die Einstellung mehrerer Zwischenwerte des Flusses im Bereich zwischen 10⁶ und 2 × 10⁹ n cm^–2 s^–1.

Zwei unterschiedliche Strahleinstellungen:

Für größere Proben mit einer Kollimation:

• Strahlgröße: 20 × 30 mm²
• Fluss max.: 10⁸ n cm^–2 s^–1

Für kleinere Proben mit elliptischem Neutronenleiter:

• Strahlgröße: 11 × 16 mm²
• Fluss max.: 2 × 10⁹ n cm^–2 s^–1

Messbedingungen

• Vakuum bis hinunter auf 0,001 mbar
• Standard-Probengewicht: 0,1 mg – 10 g
• Max. Standard-Probengröße: ca. 40 × 40 × 40 mm³
• Abweichung von den Standardabmessungen in speziellen Fällen möglich
• Pulver-Proben (und bestimmte feste sowie flüssige Proben) werden in FEP-Folien oder in andere geeignete Materialien eingeschweißt

Detektorsystem

• Für die Standard-PGAA Methode wird ein Compton-Unterdrücktes System angewendet (60 %-HPGe-Detektor umgeben mit einem BGO-Szintillator im Antikoinzinenz-Modus); LEGe-Detektor für hohe Auflösung im Niederenergiebereich verfügbar
• Separate Niedriguntergrund-Zählkammer mit 30 %-HPGe-Detektor und DSpec-50-Einheit für die Aufnahme von Zerfalls-Gammaspektren nach Probenaktivierung im Strahl
• Energiebereich: 30 – 12.000 keV
• Detektor Nr. 1: n-type-HPGe-Detektor (HPGe = hochreines Germanium) der Firma Ortec ummantelt von einem Szintillatorzylinder aus Bismutgermanat (BGO) zur Unterdrückung des Compton-Untergrunds. Relative Effizienz: 60 %.
• Detektor Nr. 2: n-type-HPGe-Detektor zum Nachweis niederenergetischer Gammastrahlung (LEGe) der Firma Canberra (üblicherweise eingestellt für Gammastrahlung < 1 MeV) ummantelt von einem BGO-Szintillatorzylindermantel zur Compton-Unterdrückung.
• Detektor Nr. 3: n-type-HPGe-Detektor der Firma Ortec ummantelt von einem Natriumiodid-Szintillatorzylinder zur Compton-Unterdrückung. Relative Effizienz: 30 %.

Zur effektiven Messung der Gammastrahlung sind die Detektoren Nr. 1 und Nr. 2 gegenüberliegend angeordnet, dazwischen befindet sich die PGAA-Probenkammer. Detektor Nr. 3 liegt außerhalb des Betonbunkers der Anlage in einer Niedrighintergrundkammer, um die Aktivierungsprodukte für die iBNAA optimal messen zu können.

Abschirmung
Die hauptsächlich aus Blei bestehende Ummantelung dient hauptsächlich zur Abschirmung hochenergetischer Gammastrahlen. Eine Kombination mit bor- und lithiumhaltigen Schichten hilft die Neutronen abzuschirmen. Die Komponenten können relativ einfach verschoben oder umgebaut werden, sodass die Abschirmung an andere Setups angepasst werden kann (z.B. NDP, Prompte-Gamma-Aktivierungsanalyse-Imaging + Neutronen-Tomographie (PGAI-NT) oder Gamma-Gamma-Koinzidenzmessungen).

Datenaufnahmesystem
Die Spektren werden mit der Software Hypermet [1] ausgewertet. Die erstellte Peakliste wird anschließend mit der Gammaspektrometrie-Datenbank aus [2] verglichen. Schließlich werden die quantitativen Berechnungen durchgeführt, basierend auf statistischen Methoden [3].

• Software mit NICOS-GUI für die automatische Messung für bis zu 16 Proben pro Batch
• Automatische Datenaufnahme mit 64k DSPEC-50A-Digitalspektrometern
• Auswertung von Spektren und Kalibrierung des Systems (Effizienzkurve und Nonlinearität) mit Hilfe von Hypermet-PC und Hyperlab Software (entwickelt in Budapest)
• Datenauswertung und Bestimmung der elementaren Probenzusammensetzung mit Excel-Macrosheet-Paket ProSpeRo

[1] Fazekas, B. et al., in: Proceedings of the 9th International Symposium on Capture Gamma-Ray Spectroscopy and Related Topics, Budapest, Hungary, October 8-12, (Eds. G. L. Molnár, T. Belgya, Zs. Révay) Springer Verlag, Budapest/ Berlin/ Heidelberg, p. 774, (1997)
[2] Révay, Zs. et al., in: Handbook of Prompt Gamma Activation Analysis with Neutron Beams (Ed. G.L. Molnár) Kluwer, Dordrecht, p. 173 (2004).
[3] Revay, Zs., Anal. Chem. 81, 6851 (2009).

Neutronenstrahl
Der Fluss des fokussierten Neutronenstrahls ist am Brennpunkt etwa 4 × 10¹⁰ n cm^-2 s^-1. Die letzten 1,1 m des elliptischen Leiters können durch einen Satz von Kollimatoren ersetzt werden, wobei der Strahl gleichmäßig und parallel gehalten wird.
Ein Satz von drei verschiedenen Abschwächern erlaubt die Einstellung mehrerer Zwischenwerte des Flusses im Bereich zwischen 2 × 10⁷ ncm^-2 s^-1 und 4 × 10¹⁰ n cm^-2 s^-1.

Zwei unterschiedliche Strahleinstellungen:

Für größere Proben mit einer Kollimation:

• Strahlgröße: 20 × 30 mm²
• Fluss max.: 2 × 10⁹ n cm^-2 s^-1

Für kleinere Proben mit elliptischem Neutronenleiter:

• Strahlgröße: 11 × 16 mm²
• Fluss max.: 4 × 10¹⁰ n cm^-2 s^-1

Messbedingungen

• Vakuum bis hinunter auf 0,001 mbar
• Standard-Probengewicht: 0,1 mg – 10 g
• Max. Standard-Probengröße: ca. 40 × 40 × 40 mm³
• Abweichung von den Standardabmessungen in speziellen Fällen möglich
• Pulver-Proben (und bestimmte feste sowie flüssige Proben) werden in FEP-Folien oder in andere geeignete Materialien eingeschweißt

Detektorsystem

• Für die Standard-PGAA Methode wird ein Compton-Unterdrücktes System angewendet (60 %-HPGe-Detektor umgeben mit einem BGO-Szintillator im Antikoinzinenz-Modus); LEGe-Detektor für hohe Auflösung im Niederenergiebereich verfügbar
• Separate Niedriguntergrund-Zählkammer mit 30 %-HPGe-Detektor und DSpec-50-Einheit für die Aufnahme von Zerfalls-Gammaspektren nach Probenaktivierung im Strahl
• Energiebereich: 30 – 12.000 keV
• Detektor Nr. 1: n-type-HPGe-Detektor (HPGe = hochreines Germanium) der Firma Ortec ummantelt von einem Szintillatorzylinder aus Bismutgermanat (BGO) zur Unterdrückung des Compton-Untergrunds. Relative Effizienz: 60 %.
• Detektor Nr. 2: n-type-HPGe-Detektor zum Nachweis niederenergetischer Gammastrahlung (LEGe) der Firma Canberra (üblicherweise eingestellt für Gammastrahlung < 1 MeV) ummantelt von einem BGO-Szintillatorzylindermantel zur Compton-Unterdrückung.
• Detektor Nr. 3: n-type-HPGe-Detektor der Firma Ortec ummantelt von einem Natriumiodid-Szintillatorzylinder zur Compton-Unterdrückung. Relative Effizienz: 30 %.

Zur effektiven Messung der Gammastrahlung sind die Detektoren Nr. 1 und Nr. 2 gegenüberliegend angeordnet, dazwischen befindet sich die PGAA-Probenkammer. Detektor Nr. 3 liegt außerhalb des Betonbunkers der Anlage in einer Niedrighintergrundkammer, um die Aktivierungsprodukte für die iBNAA optimal messen zu können.

Abschirmung
Die hauptsächlich aus Blei bestehende Ummantelung dient hauptsächlich zur Abschirmung hochenergetischer Gammastrahlen. Eine Kombination mit bor- und lithiumhaltigen Schichten hilft die Neutronen abzuschirmen. Die Komponenten können relativ einfach verschoben oder umgebaut werden, sodass die Abschirmung an andere Setups angepasst werden kann (z.B. NDP, Prompte-Gamma-Aktivierungsanalyse-Imaging + Neutronen-Tomographie (PGAI-NT) oder Gamma-Gamma-Koinzidenzmessungen).

Datenaufnahmesystem
Die Spektren werden mit der Software Hypermet [1] ausgewertet. Die erstellte Peakliste wird anschließend mit der Gammaspektrometrie-Datenbank aus [2] verglichen. Schließlich werden die quantitativen Berechnungen durchgeführt, basierend auf statistischen Methoden [3].

• Software mit NICOS-GUI für die automatische Messung für bis zu 16 Proben pro Batch
• Automatische Datenaufnahme mit 64k DSPEC-50A-Digitalspektrometern
• Auswertung von Spektren und Kalibrierung des Systems (Effizienzkurve und Nonlinearität) mit Hilfe von Hypermet-PC und Hyperlab Software (entwickelt in Budapest)
• Datenauswertung und Bestimmung der elementaren Probenzusammensetzung mit Excel-Macrosheet-Paket ProSpeRo

[1] Fazekas, B. et al., in: Proceedings of the 9th International Symposium on Capture Gamma-Ray Spectroscopy and Related Topics, Budapest, Hungary, October 8-12, (Eds. G. L. Molnár, T. Belgya, Zs. Révay) Springer Verlag, Budapest/ Berlin/ Heidelberg, p. 774, (1997)
[2] Révay, Zs. et al., in: Handbook of Prompt Gamma Activation Analysis with Neutron Beams (Ed. G.L. Molnár) Kluwer, Dordrecht, p. 173 (2004).
[3] Revay, Zs., Anal. Chem. 81, 6851 (2009).

• Révay, Zs., Belgya, T., in: Handbook of Prompt Gamma Activation Analysis with Neutron Beams (Ed. G. L. Molnár) Kluwer, Dordrecht, p 1 (2004).
• Crittin, M. et al., NIM-A 449, 221 (2000).
• Kudejova, P. et al., J. Radioanal. Nucl. Chem. 265, 221 (2005).
• Révay, Zs. et al., NIM-A 799, 114 (2015).