Entwicklung und Implementation von Monte-Carlo-Simulationen zur Auswertung von Messungen mit dem Kölner Ganzkörperzähler

Breustedt, Bastian (2005). Entwicklung und Implementation von Monte-Carlo-Simulationen zur Auswertung von Messungen mit dem Kölner Ganzkörperzähler. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

Mit Ganzkörperzählern können radioaktive Stoffe im menschlichen Körper gammaspektrometrisch identifiziert und quantifiziert werden. Durch Messungen mit Phantomen, die das Schwächungsverhalten des menschlichen Körpers für Strahlung nachbilden, werden die zur Berechnung der inkorporierten Aktivität benötigten Effizienzfaktoren für ausgewählte Nuklide gewonnen. Für den Kölner Ganzkörperzähler wurde die Spektrometrie in Monte-Carlo-Rechnungen mit dem EGSnrc System simuliert. Die mit Flaschenphantomen gemessenen Spektren konnten qualitativ und quantitativ durch die Simulationen nachvollzogen werden. Für verschiedene Nuklide können Nachweiswahrscheinlichkeiten durch die Simulation ihrer Zerfallseigenschaften gewonnen werden. Alternativ können die Nachweiswahrscheinlichkeiten durch eine gewichtete Summation von Effizienzen, die sich aus der Simulation fiktiver monoenergetischer Nuklide ergeben, berechnet werden (Kombinationsmethode). Durch die Simulationen können nun auch Nuklide quantifiziert werden, für die keine Phantommessungen möglich sind. Zur Bearbeitung der durch Simulationen und Messungen gewonnenen Spektren wurde eine C++-Klasse Spektrum entwickelt. Basierend auf dieser Klasse und der Grafikbibliothek Qt3 wurde das BCMC-System zur Berechung der Effizienzfaktoren und zur Auswertung gemessener Spektren entwickelt und implementiert. Das System konnte z.B. in der Auswertung der Ringvergleiche des BfS erfolgreich angewendet werden. Durch die Möglichkeit, in den Simulationen beliebige Nuklide und Geometrien zu verwenden, können mit dem BCMC-System verschiedene Kalibrationen für den Ganzkörperzähler erstellt und verwendet werden. Der Ganzkörperzähler wird damit zu einem universellen "low-level-Aktivimeter" mit höchster Nachweisempfindlichkeit.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated abstract:

Abstract

Language

Radioactive substances in the human body can be identified and quantified by gamma spectroscopy using whole body counters. Counting efficiencies needed for calculation of incorporated activities are generally determined from measurements of phantoms simulating shape and density of a human and filled with known activity concentrations. The Cologne whole body counter setup was simulated using the EGSnrc Monte Carlo code system. The simulations did reproduce the spectra and efficiencies from phantom measurements. The efficiencies can be deduced by simulating the nuclides directly or by weighted summation of efficiencies generated from simulation of fictitious monoenergetic gamma emitters (combination method). Nuclides which are inaccessible to phantom measurements can thus be quantified. Methods for manipulating measured and simulated spektra were implemented in a C++-class Spektrum. The BCMC-System for determining efficiencies and calculating activities from measured spectra was developed using this class and the graphics toolkit Qt3 . The system was successfully used , e.g. in the interpretation of the measurements for the BfS intercomparison exercise. The Monte Carlo Simulations provide the opportunity to use any nuclide and variable source geometries for the calibration. Calibrations for many kinds of measurement with the cologne whole body counter setup can be deduced and applied using the new. The whole body counter can be used to detect and quantify lowest level acitivties in almost any kind of sample.

English

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