Beta-Gamma-Koinzidenz

                                              und Gammaspektrometrie nach Abtrennung 


Beta-Gamma-Koinzidenz

Nach einem Betazerfall  (β-, β+, Elektroneneinfang (EC)) befindet sich der entstandene Atomkern entweder im
Grundzustand oder in einem angeregten Zustand. Der angeregte Kern geht in einem Schritt oder in mehreren Schritten
(Kaskade) in den Grundzustand. Dabei gibt er seine Anregungsenergie direkt als Gammastrahlung oder durch
Übertragung auf ein Hüllenelektron (Konversionselektron) ab.
Nach einem Zerfall durch Elektroneneinfang und nach der Emission eines Konversionselektrons ist ein Loch in der
Elektronenhülle. Beim Auffüllen dieses Lochs werden Röntgenquanten oder Augerelektronen emittiert.
Die Emission der Gammastrahlung erfolgt in den meisten Fällen "praktisch gleichzeitig" mit dem Betazerfall
(Ausnahme: z.B. Cs-137) und mit der Emission sekundärer Strahlung (Konversionselektronen (bei einer Kaskade),
Augerelektronen, Röntgenstrahlung).

Bei der Beta-Gamma-Koinzidenz-Methode registriert man die Beta- und die Gammastrahlung einer Probe
separat mit zwei (oder mehr) Detektoren.  Als relevante Ereignisse im Gammadetektor betrachtet man diejenigen,
die gleichzeitig mit einem Ereignis im Betadetektor auftreten. Diese Gamma-Ereignisse kann man z.B. in einem
separaten Gammaspektrum abspeichern

Betadetektoren reagieren auch auf Konversionselektronen und - abhängig von der Bauart - auf Augerelektronen und
Röntgenstrahlung. Deshalb können mit einer Beta-Gamma-Koinzidenz-Apparatur auch manche Nuklide gemessen
werden, bei deren Zerfall keine echte Beta-Gamma-Koinzidenz auftritt.

Der Vorteil der Beta-Gamma-Koinzidenz-Methode liegt darin, dass der Untergrund (Nullrate) im Gammadetektor, der
    -   von der Radioaktivität in den Detektorbaumaterialien, in der Abschirmung und in der Umgebung   und
    -   von der kosmischen Strahlung
herrührt, durch die Koinzidenzbedingung weitgehend eliminiert wird.

Der Betadetektor einer Beta-Gamma-Koinzidenz-Apparatur sollte u.a. folgende Eigenschaften haben:
   -  hohe Nachweiswahrscheinlichkeit für die Betastrahlung der Probe
   -  niedrige Ansprechwahrscheinlichkeit für die Untergrundstrahlung
   -  Position der Probe nahe beim Gammadetektor
   -  geringe Absorption der Gammastrahlung, die in Richtung zum Gammadetektor emittiert wird.

Wir verwenden bisher Szintillatoren als Betadetektor.
Wegen des erheblichen Entwicklungsaufwands sollen hier keine Einzelheiten offengelegt werden.

Um eine hohe Nachweiswahrscheinlichkeit für die Betastrahlung zu erreichen, müssen in der Regel die interessierenden
Nuklide zusammen mit möglichst wenig inaktivem Material vom Rest der Probe abgetrennt werden.


Gammaspektrometrie nach Abtrennung

Schon bei der gewöhnlichen Gammaspektrometrie ist eine vorherige Abtrennung manchmal notwendig oder
zumindest zweckmäßig:

   -  Wenn die Gammastrahlung von anderen Nukliden der Probe stört. Zum Beispiel können in der
      rein instrumentellen Neutronenaktivierungsanalyse starke Aktivierungsprodukte die Messung
      schwacher Aktivierungsprodukte unmöglich machen.

   -  Wenn eine Probe mit großem Volumen vorliegt und deshalb nur ein kleiner Teil der emittierten
      Gammastrahlung den Detektor trifft.

   -  Wenn die zu messenden Nuklide in einer Matrix hoher Dichte (z.B. Schwermetalle) eingebettet
      sind. Dann ist wegen der starken Absorption der Gammastrahlung in der Probe eine genaue
      Effektivitäts-Kalibrierung  (besonders für den Bereich niedriger  Gammaenergien)  nicht trivial.

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