Title (eng)
Development and evaluation of a proton induced gamma emission (PIGE)-setup at VERA
(Vienna Environment Research Accelerator)
Parallel title (deu)
Entwicklung und Beurteilung eines PIGE-(Protonen induzierten Gamma-Emissions)Aufbaus an VERA (Vienna Environment Research Accelerator)
Author
Fabienne Maria Eder
Advisor
Harry Friedmann
Assessor
Harry Friedmann
Abstract (deu)
Protonen-induzierte Gamma Emission (PIGE) ermöglicht mit Hilfe eines MeV-Protonenstrahls einen zerstörungsfreien isotopen-sensitiven Nachweis von chemischen Elementen. Die PIGE-Methode beruht auf der Bestimmung von gamma-Emissionslinien in Folge von Kernreaktionen. Diese sind von der Einschussenergie der Protonen und von dem Isotop des Elements in der Probe abhängig. PIGE wird zur Bestimmung von Konzentrationen leichter Elemente verwendet und ist daher eine ideale Ergänzung zur Protonen-induzierten Röntgen Emissions (PIXE)-Analyse, die vor allem zum Nachweis schwererer Elemente geeignet ist. Aus diesem Grund wurde der bestehenden PIXE-ART Anlage bei VERA (Vienna Enviroment Research Accelerator) ein PIGE-Aufbau hinzugefügt. Als besondere Schwierigkeit hat sich die Abschirmung des strahlinduzierten gamma-Untergrunds in Konstruktionsmaterialen des Aufbaus erwiesen. Dieser konnte durch gezielte Umbauten, insbesondere durch den Einbau von zusätzlichen Kollimatoren, reduziert werden. Vor allem in Kunstgegenständen müssen häufig Elementkonzentrationen bestimmt werden, die gut mit PIGE nachzuweisen sind. Mit Hilfe von Referenzmaterialien wurden Kalibriergeraden für die Elemente Fluor, Lithium, Aluminium, Natrium und Bor ermittelt. Unter Verwendung von 3 MeV Protonen bei einem Strom von einigen nA erlaubt der derzeitige PIGE-Aufbau eine Bestimmung von F, Li, Al, Na und B im Konzentrationsbereich von mg~pro~g Probenmaterial mit Unsicherheiten von 6-24%.
Abstract (eng)
Proton induced gamma-emission (PIGE) is a non-destructive, isotope-sensitive analytical technique to determine the elemental composition of target samples. The PIGE method is based on the determination of gamma-lines from reactions, which depend on the incident proton energy and the isotope of the element in the target. Generally, PIGE is an ideal complementary technique to proton induced X-ray emission (PIXE) analysis, because it is mainly used to determine light element concentrations not detectable with PIXE. Therefore, the existing PIXE-ART facility was extended by establishing a PIGE setup. The shielding of the proton induced gamma-ray background in construction materials comes out to be difficult. A reduction was possible due to purposeful modifications, especially the mounting of a new collimator system. It is intended to analyze primarily art objects by investigation of light element concentrations which can be detected well by PIGE. For that purpose calibration lines for fluorine, lithium, aluminum, sodium and boron were determined by use of reference materials. The present PIGE setup, in combination with a 3 MeV proton beam (proton current in order of some nA), allows to measure the concentrations of F, Li, Al, Na and B in the range of mg per g with uncertainties of 6-24%.
Keywords (eng)
proton induced gamma emissionPIGEnuclear reactioncalibration lineMeV protonenacceleratorgamma radiationelemental concentrationmaterial analyse
Keywords (deu)
Protonen induzierte Gamma EmissionPIGEKernreaktionKalibriergeradeMeV ProtonenBeschleunigerGammastrahlungElementkonzentrationenMaterialanalyse
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1253733
rdau:P60550 (deu)
VIII, 102 S. : Ill., graph. Darst.
Number of pages
112
Association (deu)
Title (eng)
Development and evaluation of a proton induced gamma emission (PIGE)-setup at VERA
(Vienna Environment Research Accelerator)
Parallel title (deu)
Entwicklung und Beurteilung eines PIGE-(Protonen induzierten Gamma-Emissions)Aufbaus an VERA (Vienna Environment Research Accelerator)
Author
Fabienne Maria Eder
Abstract (deu)
Protonen-induzierte Gamma Emission (PIGE) ermöglicht mit Hilfe eines MeV-Protonenstrahls einen zerstörungsfreien isotopen-sensitiven Nachweis von chemischen Elementen. Die PIGE-Methode beruht auf der Bestimmung von gamma-Emissionslinien in Folge von Kernreaktionen. Diese sind von der Einschussenergie der Protonen und von dem Isotop des Elements in der Probe abhängig. PIGE wird zur Bestimmung von Konzentrationen leichter Elemente verwendet und ist daher eine ideale Ergänzung zur Protonen-induzierten Röntgen Emissions (PIXE)-Analyse, die vor allem zum Nachweis schwererer Elemente geeignet ist. Aus diesem Grund wurde der bestehenden PIXE-ART Anlage bei VERA (Vienna Enviroment Research Accelerator) ein PIGE-Aufbau hinzugefügt. Als besondere Schwierigkeit hat sich die Abschirmung des strahlinduzierten gamma-Untergrunds in Konstruktionsmaterialen des Aufbaus erwiesen. Dieser konnte durch gezielte Umbauten, insbesondere durch den Einbau von zusätzlichen Kollimatoren, reduziert werden. Vor allem in Kunstgegenständen müssen häufig Elementkonzentrationen bestimmt werden, die gut mit PIGE nachzuweisen sind. Mit Hilfe von Referenzmaterialien wurden Kalibriergeraden für die Elemente Fluor, Lithium, Aluminium, Natrium und Bor ermittelt. Unter Verwendung von 3 MeV Protonen bei einem Strom von einigen nA erlaubt der derzeitige PIGE-Aufbau eine Bestimmung von F, Li, Al, Na und B im Konzentrationsbereich von mg~pro~g Probenmaterial mit Unsicherheiten von 6-24%.
Abstract (eng)
Proton induced gamma-emission (PIGE) is a non-destructive, isotope-sensitive analytical technique to determine the elemental composition of target samples. The PIGE method is based on the determination of gamma-lines from reactions, which depend on the incident proton energy and the isotope of the element in the target. Generally, PIGE is an ideal complementary technique to proton induced X-ray emission (PIXE) analysis, because it is mainly used to determine light element concentrations not detectable with PIXE. Therefore, the existing PIXE-ART facility was extended by establishing a PIGE setup. The shielding of the proton induced gamma-ray background in construction materials comes out to be difficult. A reduction was possible due to purposeful modifications, especially the mounting of a new collimator system. It is intended to analyze primarily art objects by investigation of light element concentrations which can be detected well by PIGE. For that purpose calibration lines for fluorine, lithium, aluminum, sodium and boron were determined by use of reference materials. The present PIGE setup, in combination with a 3 MeV proton beam (proton current in order of some nA), allows to measure the concentrations of F, Li, Al, Na and B in the range of mg per g with uncertainties of 6-24%.
Keywords (eng)
proton induced gamma emissionPIGEnuclear reactioncalibration lineMeV protonenacceleratorgamma radiationelemental concentrationmaterial analyse
Keywords (deu)
Protonen induzierte Gamma EmissionPIGEKernreaktionKalibriergeradeMeV ProtonenBeschleunigerGammastrahlungElementkonzentrationenMaterialanalyse
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1253734
Number of pages
112
Association (deu)
License
Citable links
Other links
Managed by
Details
Metadata
Export formats
Universitätsring 1, 1010 Wien | T
T +43-1-4277-0