MUNKATERV / BESZÁMOLÓ Radócz Gábor Ph.D. hallgató 3. szemeszter (2014./2015. tanév 1. félév) email cím:
[email protected] állami ösztöndíjas* költségtérítéses nappali* költségtérítéses levelező*
Témaleírás:
A PhD téma címe: Gamma- és röntgen-spektrometria fizikai folyamatainak Monte Carlo alapú modellezése és gyakorlati, analitikai alkalmazásai
A PhD program rövid ismertetése. Az anyagok természetes és mesterséges eredetű, izotóp-szelektív radioaktivitása, valamint az elemi-kémiai összetétele meghatározásának igen hatékony eszközei a félvezető detektorokra alapozott gamma- és röntgen-spektrometria. A gamma-spektrometria egyik központi problémája az alkalmazott félvezető detektorok energiától és geometriai elrendezéstől függő hatásfokának ismerete. A nem szabályos térbeli alakkal rendelkező objektumok radioaktív izotópjainak mennyiségi elemzése során komoly méréstechnikai és számítási nehézséget okoz az energiafüggő hatásfokfüggvények ismeretének hiánya. Ez a probléma elsősorban a radioaktív hulladékok és a mesterséges valamint a természetes környezetben előforduló radioaktivitás izotóp-szelektív aktivitásának meghatározása során jelent akadályt, elsősorban a megfelelő etalon minták hiánya miatt. A kutatási program első alapvető célkitűzése olyan fordított Monte Carlo (reverse MC) szimulációra alapozott számítási modell és annak numerikus megoldásához szükséges algoritmus és szoftver létrehozása, amely lehetővé teszi tetszőleges anyag-összetételű és geometriai alakkal rendelkező objektumok radioaktív komponenseinek kvantitatív meghatározását. A kutatás kiterjed az MC számítások és eredmények gyakorlati alkalmazhatósági körének teljes körű vizsgálatára is. Az energiadiszperzív röntgen-fluoreszcencia analízis (ED-XRF) olyan roncsolásmentes módszer, amely alkalmas tetszőleges összetételű anyagok kémiai alkotóelemeinek mennyiségi meghatározására és ezért igen széles körben alkalmazható a geológiai, ipari és környezetvédelemi típusú terepi elemzésekben. A hordozható, kis méretekkel rendelkező röntgen sugárforrások és az SD detektorok megjelenésével az ED-XRF technika szerepe felértékelődött a helyszíni és in-situ vizsgálatokban. Az ilyen jellegű elemzések során a legnagyobb akadályt a vizsgált mintákhoz hasonló összetételű etalon anyagok hiánya jelenti. A probléma megoldásának egyik lehetséges módja a teljes röntgen-spektroszkópiai folyamat (gerjesztési atomi folyamatok, detektálás stb.) MC alapú modellezése és beépítése egy, a vizsgált anyag alkotóelemeinek koncentrációját meghatározó számítási algoritmusba. Az eljárás várhatóan nagymértékben kiterjesztené a hordozható röntgen-spektrométerekkel végzendő ED-XRF analízis alkalmazhatóságát.
Terjedelem:1000-2000 karakter.
KÖVETKEZŐ FÉLÉV KUTATÁSI FELADATAI A PhD képzés 3. szemeszterében az alábbi kutatási tevékenységet tervezem: 1. Az eddigi kutatásaimról szóló folyóirat cikk vázlatát november 1.-ig benyújtom a témavezetőmnek. 2. A megvalósítandó gamma- és röntgen-spektrometriai algoritmusok számára egy keretprogramot hozok létre, amely képes a megfelelő szimulációs szoftver/szoftverek inputjának (szimulációs modell) automatikus módosítására, a szimulált gamma- és röntgenspektrumok kiértékelésére, a mért és a szimulált spektrumok összehasonlítása alapján a szimulációs modell változtatására. Folytatom a mért és szimulált spektrumok összehasonlítására alkalmas algoritmus kidolgozását, amely a spektrumok különböző információ tartalmú részeit eltérő súllyal veszi figyelembe. 3. A gamma-algoritmus kidolgozásánál felhasználom az eddigi etalonnal végzett méréssorozatok tapasztalatait, amelyek a mérési geometria, a minta elemi összetétele, valamint a minta és a detektor közötti abszorbensek a mért gamma-spektrumokra kifejtett hatására vonatkoznak. 4. Az ismeretlen összetételű minták elemi összetételének meghatározására szolgáló röntgen-spektrometriai algoritmushoz szükséges, jelenleg még tesztelés alatt álló szimulációs programok közül kiválasztom a legalkalmasabb szimulációs szoftvert. A kiválasztott szoftvert beépítem a tervezett keretprogramba. Etalon minták segítségével kísérleti úton meghatározom az algoritmus által biztonsággal elérhető spektrometriai mennyiségeket pl.: kimutatási határ. ELŐZŐ FÉLÉV KUTATÁSI EREDMÉNYEI 1. Egy már validált szimulációs modellel rendelkező HPGe detektoron szisztematikus geometriai vizsgálatokat végeztem, melynek célja a mérési geometria, a minta elemi összetétele, valamint a minta és a detektor közötti abszorbensek a mért gamma-spektrumokra kifejtett hatásának vizsgálata volt. Az eredmények alapján további mérés sorozatokat tervezek elvégezni a gamma-spektrumok alakjának a fenti tényezőkre való érzékenységének vizsgálatával kapcsolatban, célirányosan az automatikus algoritmus egyes lépéseiben történő változtatások mértékének meghatározása érdekében. 2. Az ismeretlen összetételű minták elemi összetételének meghatározására szolgáló röntgen-spektrometriai algoritmushoz legalkalmasabb szimulációs szoftver kiválasztása érdekében néhány ismert nukleáris transzport kód a tervezett célra való használhatóságának vizsgálatát kezdtem meg. Az etalon minták mért röntgen-spektrumjainak szimulációja valamint a számított és mért spektrumok összevetése alapján az derült ki, hogy az MCNP vizsgált verziója nem alkalmas a kitűzött célra, mivel nem tartalmazza az összes fluoreszcens vonalat, illetve nem írja le a teljes legerjesztődési folyamatot. A PENELOPE, XMIMSIM, GEANT 4 programok tesztelése még folyamatban van, valamint az MCNP legújabb verziójának tesztelése is indokolt, ugyanis az új verzióban a röntgen folyamatok modellezése volt az egyik fejlesztési irány.
3. Megalkottam
a paksi Sugár Ellenőrzési Rendszer (SER) gamma-spektrometriai mérőhelyének szimulációs modelljét a Nukleáris Technika Intézet által végzett “Modellszámítások fejlesztése meghibásodott fűtőelemek időfüggő izotóp összetételének, kiégettségének és üzemi korának meghatározására” K+F projekt keretében. A reverse MC eljárás alkalmazásával meghatároztam a SER mérőrendszer energia-függő hatásfok függvényét, amely az empirikus hatásfok-kalibrációval kapott eredménnyel nagyfokú egyezést mutat. A kiszerelt SER mintatartón végzett mérések, és MC számítások felhívták arra a figyelmet, hogy a geometriában nem egyenletes a hátteret okozó korróziós termékek eloszlása, amely befolyásolhatja a mérések kiértékelésének módját.
A KUTATÁSI EREDMÉNYEK ÖSSZESÍTETT MUTATÓI A PhD képzés során eddig szerzett kutatási kreditpontok összege: 30 kredit A PhD témakörében készült publikációk teljes listája (cím, tarszerző, kiadvány, preprint/benyújtva/elfogadva): Konferencia részvétel, előadás (megnevezés, hely, cím): 1. 8th International Conference on High Levels of Natural Radiation and Radon Areas Diplomat Hotel, Prague, Czech Republic, 1-5 September 2014. Előadás címe: „New Monte Carlo Method for Quantitative Determination of Radioactive Isotopes in Concrete” (G. Radócz, A. Gerényi, Sz. Czifrus, I. Szalóki) 2. Regional Workshop on Uncertainty Estimation in the Measurement of Radioactivity in the Environment Using New Approaches, Ljubljana, Slovenia, 16 - 18 October 2013 RER/0/033-9002-01 3. European Conference on X-ray Spectrometry,
Bologna, 15-20 June 2014 Előadás címe: Development of fundamental parameter model for portable X-ray fluorescence spectrometer (I. Szalóki, A. Gerényi, G. Radócz) 4. European Conference on X-ray Spectrometry, Bologna, 15-20 June 2014
Előadás címe: In-vivo XANES study of As in cucumber hypocotyls (A. Gerényi, V. Czech, G. Radócz and I. Szalóki)
5. Országos Atomenergia Hivatal, TSO szeminárium, 2014. 06. 11., Budapest
Előadás címe: Röntgen- és Raman-spektroszkópiai eljárások fejlesztése ismeretlen eredetű szilárd anyagok összetételének meghatározására (I. Szalóki, A. Gerényi, G. Radócz) Szemináriumi előadás (megnevezés, hely, cím) Tanszéki beszámolók időpontja:
KÖVETKEZŐ FÉLÉV TANULMÁNYI TERVE Tantárgyak (előadó, cím, BME/ELTE): 2014-2015-01 félév: BMETETO7091 Intenzív PhD kurzus Dr. Mihály György BMETETO7808 Kutatási tevékenység F3A Dr. Mihály György BMETETO7827 Oktatási tevékenység F3A Dr. Mihály György BMETETO7828 Oktatási tevékenység F3B Dr. Mihály György BMETE119778 Számítógépes modellezés Dr. Varga Gábor BMETE807012 Nukleáris technika - PhD szeminárium 3 Dr. Légrády Dávid BMEGT701012 Testnevelés - F
3 kr 15 kr 2 kr 4 kr 5 kr
2 kr 0 kr
Összesen: 31 kredit
ÖSSZESÍTETT TANULMÁNYI EREDMÉNYEK A PhD képzés során korábban teljesített tárgyak listája, vastag betűvel kiemelve az előző félévben teljesített tárgyakat (előadó, cím, BME/ELTE): 2013-2014-02 félév: BMETE80MF34 Atomerőművi üzemzavar elemzések Dr. Aszódi Attila, Kiss Attila BMETETO7804 Kutatási tevékenység F2A Dr. Mihály György BMETETO7805 Kutatási tevékenység F2B Dr. Mihály György BMETE80MF44 Modern algebrai módszerek a fizikában Dr. Makai Mihály BMETE807011 Nukleáris technika - PhD szeminárium 2 Dr. Légrády Dávid
6 kr 10 kr 5 kr
2 kr 2 kr
BMETETO7826 BMEGT63MAS9
Oktatási tevékenység F2B Dr. Mihály György Speciális szaknyelvi ismeretek (TT) – angol Dr. Szabóné Rudolf Mária
4 kr 2 kr
Összesen: 31 kredit
2013-2014-01 félév: BMETETO7824 BMETETO7800 BMETETO7801 BMETE80MF99 BMETE80MF32
BMETETO7635
Oktatási tevékenység 4 kr Dr. Mihály György Kutatási tevékenység F1B 10 kr Dr. Mihály György Kutatási tevékenység F1A 5 kr Dr. Mihály György Röntgendiagnosztika fizikai alapjai 3kr Dr. Szalóki Imre Radioaktív anyagok terjedése környezeti és biológiai rendszerekben 4 kr Dr. Zagyvai Péter Doktori szeminárium F1 3 kr Dr. Mihály György Összesen: 29 kredit
A korábban hallgatott tárgyak után szerzett kreditpontok száma: 60 kredit
KÖVETKEZŐ FÉLÉV OKTATÁSI TERVE A szerződésben rögzített oktatási feladatok pontokba szedett ismertetése (tantárgy kód, kontakt óraszám feltüntetésével). 3. szemeszter:
Nukleáris méréstechnika laborgyakorlat külföldi hallgatók részére Dr. Szalóki Imre Időpont, időtartam: 3 alkalom (3x4 óra) német hallgatók részére: - Gázionizációs detektorok vizsgálata laborgyakorlat - Alfa-spektroszkópia félvezető (Si) detektorral laborgyakorlat
Mag és neutronfizika számolási gyakorlat BMETE80AE00 Dr. Sükösd Csaba, Kis Dániel Péter Időpont, időtartam: heti 1x45 perc
Reaktor szakmérnöki laborgyakorlat Időpont, időtartam: 6x4 óra
ÖSSZESÍTETT OKTATÁSI TELJESÍTÉS 2. szemeszter: Fizika laboratórium 5 (BMETE12AF02) Dr. Ujhelyi Ferenc, Dr. Barócsi Attila, Dr. Maák Pál Időpont, időtartam: Csütörtök: 14:15-18:00 2 db Neutron aktivációs analízis laborgyakorlat 6 db Későneutron laborgyakorlat 1 db Későneutron laborgyakorlat szlovák hallgatóknak ERRI kurzus 2 db (2x4 óra) Gamma spektroszkópia laborgyakorlat külföldi hallgatóknak 1. szemeszter: Fizika laboratórium 4 (BMETE13AF10) Dr. Fülöp Ferenc, Dr. Vankó Péter Időpont, időtartam: Kedd 08:15-12:00 (4 óra) - Gázionizációs detektorok vizsgálata laborgyakorlat - Alfa-spektroszkópia félvezető (Si) detektorral laborgyakorlat Oktatási feladat vállalásáért eddig kapott kreditpontok összege: 8 kr Dátum: 2014.09.23. _______________________ név Ph.D. ösztöndíjas ___________________________________________________________________
TÉMAVEZETŐI NYILATKOZAT: A munkatervet jóváhagyom Dátum: 2014.09.23. _______________________ név témavezető
_______________________ *név *konzules *nem a tanszéken kutató PhD hallgató esetén
