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MLZ

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85748 Garching

PGAA

Prompte-Gamma-Aktivierungsanalyse

PGAA PGAA


Prompte-Gamma-Aktivierungs-Analyse (PGAA) ist eine Methode zur Bestimmung der elementaren Zusammensetzung von verschiedensten festen Proben (bis zu Konzentrationen von ug/g). Auch Flüssigkeiten und Gase können mit PGAA gemessen werden. Eine Variante ist die NAA , die von der Radiochemie München ebenfalls am FRM II durchgeführt wird.

Die PGAA nutzt den Neutroneneinfang von Atomkernen aller Elemente in der Probe gleichzeitig: AZ(n, γ)A+1Z. Nach dieser Reaktion werden unterschiedliche Gamma-Strahlen emittiert, deren Energie abhängig vom Element in der Probe ist. Aus der Intensität ergeben sich dann die Konzentrationen der Elemente, welche in der Probe vorhanden sind.

PGAA ist ein Messinstrument zur zerstörungsfreien Analyse von Haupt- und Nebengruppenelementen des Periodensystems, besonders vorteilhaft jedoch für die Untersuchung von leichten Elementen (einzigartig für H und B) und bestimmten Spurenelementen (Cd, Hf, seltene Erden). Im intensiven Neutronenstrahl des FRM II kann auch eine Neutronenaktivierung durchgeführt werden, so dass viele weitere Spurenelemente detektiert werden können (Elemente der 4. – 6. Periode im Periodensystem).

Typische Anwendungen
  • Archäologie (Keramik, Münzen, Metalle, bedingt Bronze)
  • Kosmochemie (Meteoriten)
  • Geologie, Petrologie (Mazeral-Sedimente usw.)
  • Umweltforschung (Luftverschmutzung, Fluss-Sedimente)
  • Medizin (B, Li, Cd in Geweben, Nanopartikeln für Krebstherapie, Strahlenschäden von DNA)
  • Halbleiter- und Supraleiterforschung und Industrie (H, B, P in Si)
  • Analyse von neuen Materialien (Katalysatoren, Clathraten, Kristallen)
  • Reaktorphysik (Abschirmung, neues Brennelement), Bestrahlungen (Testen der Strahlenhärte von Chips, Szintillatoren)
  • Grundlagenforschung (nukleare Daten, Low-Spin angeregte Zustände in Kernen, partielle und totale Wirkungsquerschnitte für Neutroneneinfang)
  • Bedingt NAA nach der PGAA Bestrahlung
Technische Daten

Neutronenstrahl

Kaltes Neutronenspektrum von NL4b (letzte 5.8 m elliptisch fokussiert) mit einer mittleren Energie von 1.83 meV (6.7 Å).
Zwei unterschiedliche Messkonditionen:

  • Für größere Proben mit einer Kollimation
    • Strahlgröße: 20 × 30 mm2
    • Neutronenstrahl max.: 2 × 109 n cm-2 s-1 thermisch. N .Eq.
  • Für kleinere Proben mit 1.1 m elliptischen Neutronenleiter:
    • Strahlgröße: 11 × 16 mm2
    • Neutronenstrahl max.: 5 × 1010 n cm-2 s-1 thermisch. N . Eq.

Detektorsystem

  • Für die Standard-PGAA Methode wird ein Compton-Unterdrücktes System angewendet (60% HPGe Detektor umgeben mit einem BGO-Szintillator und im Antikoinzinenz-Modus). Das Signal wird durch ein DSPEC-50 Digitalspektrometer von Ortec verarbeitet.
  • Eine neue Niedirg-Untergrund-Zählkammer wurde am PGGA-Instrument für die Aufnahme von Zerfalls-Gammaspektren nach Aktierung der Proben im Strahl installiert. Ein 30% HPGe Detektor mit einer DSpec-50-Einheit wird verwendet.
  • Energiebereich: 30 – 12 000 keV

Messkonditionen

  • Niedriges Vakuum (0.3 mbar) möglich
  • Probengewicht: 0.1 mg – 10 g
  • Max. Probengröße: ca. 40 × 40 × 40 mm3
  • Automatisierte Messung von bis zu 6 Proben in einem Batch (Vertikaler Probenhalter mit 6 Positionen)
  • Pulverige Proben (und viele festen Proben) werden in FEP-Folien oder in andere geeignete Materialien eingeschweißt.

Datenaufnahmesystem

  • Linux-basierte selbstentwickelte Software für die automatische Messung für bis zu 6 Proben in einem Batch
  • Auswertung von Spektren und Kalibrierung des Systems (Effizienzkurve und Nonlinearität) mit Hilfe von Hypermet-PC Software (entwickelt in Budapest).
  • Datenauswertung und Bestimmung von elementaren Zusammensetzung der Probe mit Excel Macro Sheet package ProSpeRo
  • Automatische Datenaufnahme mit dem neuen digitalen System DSPEC-50 ist gerade in der Entwicklungs- und Testphase.

Instrumentverantwortliche

Dr. Zsolt Revay
Telefon: +49 (0)89 289-12694
E-Mail:

Dr. Christian Stieghorst
Telefon: +49 (0)89 289-54871
E-Mail:

PGAA
Telefon: +49 (0)89 289-14906

Betreiber

Uni Köln

Publikationen

Finden Sie alle aktuellen Publikationen zu PGAA in unserer Publikationsdatenbank iMPULSE:

impulse.mlz-garching.de

Zitierung Instrument

Heinz Maier-Leibnitz Zentrum. (2015). PGAA: Prompt gamma and in-beam neutron activation analysis facility. Journal of large-scale research facilities, 1, A20. http://dx.doi.org/10.17815/jlsrf-1-46

Zitat bitte stets einschließlich DOI.

Galerie

PGAA
PGAA
© W. Schürmann, TUM
PGAA Beispiele
PGAA Beispiele

Sechs Stück von Griechisch-Römischen Bronzmünzen und Bronzobjekten (Erstes Jahrhundert ). Die Objekte sind in einer Teflon®-Folie (FEP-Folie) versiegelt und positioniert in einer FEP Probenleiter für die automatische PGAA Messung (ein FEP-Rahmen ist 5 cm x 5 cm groß).

PGAA Nachweisgrenzen
PGAA Nachweisgrenzen

Die Tabelle zeigt die erste Abschätzung der Nachweißgrenzen von PGAA. Die Nachweisgrenzen sind hauptsächlich in ug/g Region. Sie sind stark abhängig von der Matix der Probe. (Nachweisgrenzen mit dynamischem Bereich)

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