Published April 1, 2024 | Version v1
Publication Open

A proposed Numerical Method for Absolute Efficiency Calibration of α–Spectrometers and its Application for Activity Calculation

Creators

  • 1. Egyptian Atomic Energy Authority
  • 2. King Abdulaziz University

Description

In this work, an absolute method to calibrate an α-spectrometer is proposed taking into account the Source-to-Detector, and lateral distances due to eccentric source distribution. An analytical formula to calibrate an α-spectrometer is derived and the Simpson's integration method was utilized to solve these equations in its integral form numerically using a written C computer code. The general Monte Carlo N-particle code, MCNP as well as experimental measurements for some standard α-emitters are used to benchmark the proposed method. An agreement was found between the efficiency results calculated by MC and the proposed method with a maximum relative difference of about 0.5%. While, experimental measurement of α-emitters activity employing the proposed method differs by about 1.65% from the certified values. Accounting for the man made error allows to accurately quantify the assayed sample. Therefore, the inaccuracy in the efficiency results due to non-accurate inputs pertained to the source, and detector radii, Source-Detector distances, and eccentric source distribution are investigated in the Source-to-Detector distance range of (4 to 44 mm). The results show that a difference of ±1% in the detector radius, and Source-to-Detector distance than the normal values yields a relative difference of about ±2%, while a difference of ±50% in the source radius or source lateral distance from detector symmetry axis could only yields inaccuracy of less than ±3% in the efficiency results.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

في هذا العمل، يتم اقتراح طريقة مطلقة لمعايرة مطياف ألفا مع الأخذ في الاعتبار من المصدر إلى الكاشف، والمسافات الجانبية بسبب توزيع المصدر اللامركزي. يتم اشتقاق صيغة تحليلية لمعايرة مطياف ألفا وتم استخدام طريقة تكامل سيمبسون لحل هذه المعادلات في شكلها المتكامل رقميًا باستخدام رمز كمبيوتر C مكتوب. يتم استخدام رمز جسيم مونت كارلو N العام، MCNP بالإضافة إلى القياسات التجريبية لبعض بواعث ألفا القياسية لقياس الطريقة المقترحة. تم العثور على اتفاق بين نتائج الكفاءة المحسوبة من قبل MC والطريقة المقترحة بحد أقصى للفرق النسبي يبلغ حوالي 0.5 ٪. بينما يختلف القياس التجريبي لنشاط بواعث ألفا باستخدام الطريقة المقترحة بنحو 1.65 ٪ عن القيم المعتمدة. يسمح حساب الخطأ الذي ارتكبه الإنسان بتحديد كمية العينة التي تم فحصها بدقة. لذلك، يتم التحقيق في عدم الدقة في نتائج الكفاءة بسبب المدخلات غير الدقيقة المتعلقة بالمصدر، وأنصاف أقطار الكاشف، ومسافات كاشف المصدر، وتوزيع المصدر اللامركزي في نطاق مسافة المصدر إلى الكاشف من (4 إلى 44 مم). تظهر النتائج أن اختلاف ±1 ٪ في نصف قطر الكاشف، والمسافة من المصدر إلى الكاشف عن القيم العادية ينتج عنه فرق نسبي يبلغ حوالي ±2 ٪، في حين أن اختلاف ±50 ٪ في نصف قطر المصدر أو المسافة الجانبية للمصدر من محور تناظر الكاشف يمكن أن ينتج عنه فقط عدم دقة أقل من ±3 ٪ في نتائج الكفاءة.

Translated Description (French)

Dans ce travail, une méthode absolue d'étalonnage d'un α-spectromètre est proposée en tenant compte de la source à détecteur, et des distances latérales dues à la distribution de la source excentrique. Une formule analytique pour étalonner un α-spectromètre est dérivée et la méthode d'intégration de Simpson a été utilisée pour résoudre numériquement ces équations sous sa forme intégrale à l'aide d'un code informatique C écrit. Le code général des particules N de Monte Carlo, le MCNP ainsi que des mesures expérimentales pour certains émetteurs α standard sont utilisés pour comparer la méthode proposée. Un accord a été trouvé entre les résultats d'efficacité calculés par MC et la méthode proposée avec une différence relative maximale d'environ 0,5%. Alors que la mesure expérimentale de l'activité des émetteurs α utilisant la méthode proposée diffère d'environ 1,65% des valeurs certifiées. La prise en compte de l'erreur humaine permet de quantifier avec précision l'échantillon dosé. Par conséquent, l'inexactitude des résultats d'efficacité due à des entrées non précises relatives à la source, aux rayons du détecteur, aux distances source-détecteur et à la distribution excentrique de la source est étudiée dans la plage de distances source-détecteur de (4 à 44 mm). Les résultats montrent qu'une différence de ±1 % dans le rayon du détecteur et la distance source-détecteur par rapport aux valeurs normales donne une différence relative d'environ ±2 %, tandis qu'une différence de ±50 % dans le rayon de la source ou la distance latérale de la source par rapport à l'axe de symétrie du détecteur ne peut donner qu'une imprécision inférieure à ±3 % dans les résultats d'efficacité.

Translated Description (Spanish)

En este trabajo se propone un método absoluto para calibrar un espectrómetro α teniendo en cuenta el Source-to-Detector, y las distancias laterales por distribución excéntrica de la fuente. Se deriva una fórmula analítica para calibrar un espectrómetro α y se utilizó el método de integración de Simpson para resolver estas ecuaciones en su forma integral numéricamente utilizando un código informático C escrito. El código general de partículas N de Monte Carlo, MCNP, así como las mediciones experimentales para algunos emisores α estándar se utilizan para comparar el método propuesto. Se encontró un acuerdo entre los resultados de eficiencia calculados por MC y el método propuesto con una diferencia relativa máxima de alrededor del 0,5%. Mientras que, la medición experimental de la actividad de los emisores α empleando el método propuesto difiere en aproximadamente 1.65% de los valores certificados. Contabilizar el error cometido por el hombre permite cuantificar con precisión la muestra analizada. Por lo tanto, la inexactitud en los resultados de eficiencia debido a entradas no precisas pertenecientes a la fuente, y los radios del detector, las distancias Fuente-Detector y la distribución excéntrica de la fuente se investigan en el rango de distancia Fuente-Detector de (4 a 44 mm). Los resultados muestran que una diferencia de ±1% en el radio del detector y la distancia de la fuente al detector con respecto a los valores normales produce una diferencia relativa de aproximadamente ±2%, mientras que una diferencia de ±50% en el radio de la fuente o la distancia lateral de la fuente desde el eje de simetría del detector solo podría producir una inexactitud de menos de ±3% en los resultados de eficiencia.

Files

pdf.pdf

Files (16.0 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:5d73895202febb8821fe976a32f952aa
16.0 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
طريقة عددية مقترحة لمعايرة الكفاءة المطلقة لمقاييس طيف ألفا وتطبيقها لحساب النشاط
Translated title (French)
Une méthode numérique proposée pour l'étalonnage de l'efficacité absolue des α-spectromètres et son application au calcul de l'activité
Translated title (Spanish)
Un método numérico propuesto para la calibración de la eficiencia absoluta de los espectrómetros α y su aplicación para el cálculo de la actividad

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4393167218
DOI
10.1016/j.heliyon.2024.e28498

Is supplement to
https://openalex.org/W4253707566 (Other)
https://openalex.org/W4244513755 (Other)
https://openalex.org/W256685106 (Other)
https://openalex.org/W2529526490 (Other)
https://openalex.org/W2065792876 (Other)
https://openalex.org/W2065686537 (Other)
https://openalex.org/W2034252408 (Other)
https://openalex.org/W2024980269 (Other)
https://openalex.org/W1988942675 (Other)
https://openalex.org/W1615230877 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1604170846
  • https://openalex.org/W1656466634
  • https://openalex.org/W1967342518
  • https://openalex.org/W1970331729
  • https://openalex.org/W1981721034
  • https://openalex.org/W1986042762
  • https://openalex.org/W2009062509
  • https://openalex.org/W2021593108
  • https://openalex.org/W2047756922
  • https://openalex.org/W2057941940
  • https://openalex.org/W2060939331
  • https://openalex.org/W2078296095
  • https://openalex.org/W2078973837
  • https://openalex.org/W2095078273
  • https://openalex.org/W2152385708
  • https://openalex.org/W2403821127
  • https://openalex.org/W3034633118
  • https://openalex.org/W3131840072
  • https://openalex.org/W4247844689
  • https://openalex.org/W4251118628