| Aktenzeichen | 21617/01 |
| Abschlussbericht: | |
| Projektträger: | ICx Radiation GmbH Kölner Str. 99 42651 Solingen weitere Projekte aus der Umgebung |
| Telefon: | 0212/22209-0 |
| Internet: | - |
| Bundesland: | Nordrhein-Westfalen |
| Beschreibung: | Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Die neue Sensitivität gegenüber der Gefahr eines Schmuggels von radioaktiven Substanzen oder gar waffenfähigem Kernmaterial hat die Entwicklung miniaturisierter intelligenter Kernstrahlungsspektrometer mit der Fähigkeit zur Nuklididentifikation (so genannte RIDs = Handheld Radio Isotope Identifiers) forciert und einen wachsenden Markt dafür geschaffen. Diese Geräte benötigen bisher zur Kompensation physikalisch bedingter Driften der Systemverstärkung eine radioaktive Quelle, die ein stabiles temperaturunabhängiges Referenzsignal liefert. Mit jedem Gerät muss daher ein radioaktives Präparat geliefert werden - entweder als separate Quelle oder im Gerät eingebaut. Das Ziel des Vorhabens bestand darin, ein Verfahren zur Stabilisierung der Systemverstärkung auf der Basis von Leuchtdioden (LED) zu entwickeln, das ohne radioaktiven Referenzstrahler auskommt und trotzdem die erforderliche Genauigkeit ga-rantiert. Dieses Verfahren sollte in den von target produzierten identiFINDER implementiert werden. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn der wissenschaftlichen Literatur waren zum Temperaturverhalten von Szintillatoren und Leuchtdioden nur spärliche Informationen zu finden. Deshalb musste in der ersten Projektphase Grundlagenforschung im eigenen Labor betrieben werden. Dabei entstand ein Gerätekonzept, das auf neuen Ideen und Methoden aufbaut und nur minimale Eingriffe in die bestehende Hardware erfordert. Im zweiten Halbjahr wurde dieses Konzept schrittweise umgesetzt. Die Entwicklung spezieller Software-Tools ermöglichte den Test einzelner Verfahrensschritte an Versuchsaufbauten im Labor sowie den Entwurf der Stabilisierungsalgorithmen am PC unter Nutzung der realen identiFINDER-Elektronik, die De-tektorsignale direkt abtastet und digital filtert. Die Implementierung des Verfahrens, gleichbedeutend mit einem kompletten Umbau der identiFINDER-Firmware, konnte so in recht kurzer Zeit abgeschlossen werden. Schließlich wurden mehrere Prototypen des neuen, LED-stabilisierten identiFINDERs aufgebaut und kritischen Tests unterzogen. Diese bestätigten die volle Funktionstüchtigkeit des Verfahrens und wiesen exzellente Geräteparameter aus. Gegenwärtig wird ein Prototyp von der IAEA geprüft. Ergebnisse und Diskussion Aus dem Studium des Temperaturverhaltens von Szintillationsdetektoren und Leuchtdioden wurden neue Verfahren zur Messung der effektiven Szintillatortemperatur und der LED-Sperrschichttemperatur abgeleitet. Diese nutzen sonst eher störende Nebeneffekte aus - den Einfluss der Szintillatortemperatur auf Zeitkonstante der Lichtemission, die sich in der Signalform widerspiegelt, sowie das nichtlineare Verhal-ten von Dioden. Dadurch kann nun der der Einfluss der Temperatur auf beide Komponenten numerisch korrigiert und die Leuchtdiode in einem weiten Temperaturbereich als Referenzlichtquelle zur Stabilisie-rung des Photomultipliers eingesetzt werden. Im LED-stabilisierten identiFINDER werden alle Detektorsignale nicht nur bezüglich der Impulshöhe, sondern auch hinsichtlich der Signalform analysiert. Das ist ohne Zusatzhardware möglich, da diese Plattform ohnehin den kompletten Signalverlauf digitalisiert und speichert. Die Impulsformanalyse liefert aber nicht nur eine effektive Detektortemperatur, sondern ermöglicht auch die saubere Separation von LED-(Referenz-) und Szintillator-(Mess-)signalen. Die LED-Pulsung kann also unabhängig von der spekt-roskopischen Elektronik betrieben und bei Bedarf als separate Baugruppe ausgelegt werden. Mit der Kombination von LED-Stabilisierung und Impulsformanalyse ist es möglich, die summarische Drift der Systemverstärkung auch unter ungünstigen Bedingungen, zum Beispiel bei schnellem Wechsel der Umgebungstemperatur oder bei veränderlicher Last (Zählrate), unter 1% zu halten. Die Stabilisierung ar-beitet auch dann noch zuverlässig, wenn das alte Verfahren mit interner Kalibrierquelle völlig versagt, beispielsweise bei einem sehr hohen Strahlungsuntergrund. Das realisierte Gerätekonzept ist sehr einfach, das Verfahren robust und zuverlässig. Der Aufwand steckt hauptsächlich in der Firmware, insbesondere in der schnellen digitalen Signalfilterung und Analyse. Dadurch ist eine Überführung des Verfahrens in die Produktion schnell möglich und praktisch schon reali-siert worden - die Nullserie wird bereits gefertigt. Auf eine fest eingebaute radioaktive Kalibrierquelle kann im neuen identiFINDER verzichtet werden. Die Produktion und Entsorgung radioaktiver Substanzen wird vermieden, die Umwelt entlastet. Der Wegfall von Nachweisen und Genehmigungen für Beschaffung und Transport radioaktiver Präparate vereinfacht die Logistik im Unternehmen und reduziert den Aufwand auch beim Kunden. Gleichzeitig konnte mit der neuen Technologie die Sensitivität und Zuverlässigkeit der Nukliderkennung entscheidend verbessert werden. Das eröffnet neue Einsatzfelder für den identiFINDER. Radioaktive Strahlungsquellen sehr geringer Aktivität können gefunden und sicher identifiziert werden. Das Gerät ist damit bestens geeignet für mobile Messungen im Bereich der Umweltradioaktivität oder auch bei Lebensmittelkontrollen. Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation Vier der im Rahmen des Projekts entwickelten innovativen Ideen sind mittlerweile durch Patentanmel-dungen geschützt worden. Daneben konnten ausgewählte Ergebnisse der Grundlagenuntersuchungen auf dem IEEE Nuclear Science Symposium 2004 in Rom der internationalen Öffentlichkeit in Form von Postern präsentiert werden. Die Konferenzbeiträge wurden zur Publikation in den IEEE Transactions on Nuclear Science eingereicht. Vorgesehen sind weitere Publikationen in Fachzeitschriften, Beiträge auf Fachkonferenzen sowie Vorträge und Prospekte der Firma anlässlich von Ausstellungen, Tagungen und Messen. Zum Schutz der wirtschaftlichen Interessen des Unternehmens erfolgt die Veröffentlichung aber erst dann, wenn patentwür-dige Erfindungen auch als Patente angemeldet sind. Fazit Im Rahmen des Projekts wurde ein Verfahren zur Stabilisierung von NaI(Tl)-Detektoren entwickelt, das unter rauen Feldbedingungen in einem großen Temperaturbereich sicher arbeitet und ohne radioaktive Quelle auskommt. Das Ziel des Projekts ist erreicht. Der Zeitplan wurde trotz der vielen, teils unerwartet auftretenden Detailprobleme eingehalten. Eine wichtige Voraussetzung für den Erfolg war die starke Konzentration von Kräften und Mitteln auf das Projekt, die ohne Förderung durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt kaum möglich gewesen wäre. Besonders attraktiv und motivierend für alle Beteiligten war die im Projekt angestrebte und auch erreichte Verknüpfung von ökonomischen Zielen mit positiven Umwelteffekten. Der Verzicht auf die interne Kalib-rierquelle wurde nicht mit Nachteilen erkauft, sondern mit einer besseren Gerätequalität verbunden. Das schafft Vorteile im Wettbewerb und kann neue Märkte erschließen, auch im Umweltbereich |
| Förderzeitraum: | 01.01.2004 - 31.12.2004 (12 Monate) |
| Fördersumme: | 94.278,00 |
| Förderbereich: | II.5.2 |
| Stichworte: | Analytik , Meßtechnik, Ausstellung: Nachhaltige Chemie |
| Publikationen: |
