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MLZ

Lichtenbergstr.1
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.

Mit praktisch demselben PGAA Aufbau (mit kleineren oder größeren Anpassungen in Elektronik und/ oder PGAA Abschirmung und Probenkammer) können wir sowohl Koinzidenz-, als auch ortsempfindliche Messungen (derzeit 1D und 2D-scan) durchführen. Zur Zeit wird ein 3D-Scan (NT-PGAI = Neutron Tomography and Prompt Gamma Activation Imaging) entwickelt.

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: 20 × 30 mm2
    • Neutronenstrahl max.: 5 × 109 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 Analog-Elektronik (NIM-Module) bearbeitet, geht zum Multikanalanalysator (MCA) mit einem integrierten ADC. Ein neues digitales System DSPEC-50 von Ortec ist gerade in Vorbereitung und geht bald in Routinebetrieb.
Die Position 5 auf der Zeichnung ist eine experimentelle Fläche für verschiedene austauschbare Aufbauten, z. B. wird hier auch das Detektorsystem für PGAI (30 % HPGe Detektor mit BGO Szintillator in Antikoinzidenzmodus, DSPEC-50 Datenaufnahme) aufgebaut.
Unsere Detektoren werden für 50 keV – 11 000 keV kalibriert, die Verstärkung kann jedoch für spezielle Anwendungen geändert werden

Messkonditionen

  • Niedriges Vakuum (0.3 mbar) möglich
  • Probengewicht: Einheiten von mg – 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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