Numerical Processing of Spectrometric Data

Mgr. Filip Mravec

Advanced ('rigorózní') thesis

Abstract:

Neutronová spektrometrie je obor zabývající se monitorováním neutronové radiace. Tento typ radiace vzniká často při nejrůznějších jaderných reakcích. Analýza tohoto záření je důležitá v mnoha oblastech, obzvláště v jaderné energetice. Jednou z užitečných fyzikálních veličin je tzv. spektrální hustota toku neutronů, zkráceně zvaná též neutronové spektrum. S rozvojem rychlých digitálních technologií se nabízí možnost efektivně zpracovávat data získaná při měření detektory ve směsném poli neutronů a gama záření. Celý proces zpracování dat od vzorkování výstupních impulzů detektoru až po samotný výpočet spektra vyžaduje řadů dílčích kroků. V navržené práci se hodlám soustředit primárně na tři provázané podoblasti souvisejících se zpracováním spektrometrických dat. Jedná se o návrh vhodných metod a algoritmů pro postupný výpočet neutronových spekter. Prvně je to výpočet tzv. funkcí odezev pomocí Monte Carlo metod. Funkce odezvy formálně charakterizuje detektor a je pro každý typ detektoru rozdílná. Je jedním z nutných vstupů pro výpočet spektra. Druhou částí je vytvoření podpory pro energetický překryv spekter. Různé detektory jsou citlivé na rozdílné energie částic. Pokud chceme pokrýt rozsáhlejší interval energií, je vhodné zajistit plynulý překryv paralelně spočítaných spekter. Poslední oblastí je úprava stávajících nástrojů a doplnění nástrojů chybějících tak, aby bylo možné provádět tzv. online monitorování spekter, tj. aby byla data z detektorů přímo použita k spočtení spektra bez offline kroků tak, jak tomu je dosud.

Abstract:

Neutron spectrometry is a scientific field that deals with monitoring of neutron radiation. This type of radiation is emitted during various nuclear reactions. Analysis of this radiation is important in many areas, especially in nuclear power engineering. One of the useful physical quantities is so called neutron spectral flux density, also known as neutron spectrum. As digital technologies become faster and easily available it is possible to effectively process data obtained from a detector in neutron-gamma mixed field. Many steps are required to process data from the output of a detector to the final calculation of neutron spectra. In my thesis I want to focus primarily on three interconnected areas related to the processing of spectrometric data. Generally it is a development of suitable methods and algorithms for the calculation of neutron spectra. First topic is the calculation of so called response functions using Monte Carlo approach. Response function formally characterizes a detector and is different for various kinds of detectors. It is one of the necessary inputs for the spectrum calculation. Second part is a development of a support for energetic overlap of spectra. Various detectors are sensitive to different particle energies. It is beneficial to offer smooth overlap of spectra calculated in parallel in order to cover wider interval of energies. The last part is modification of current tools and development of missing tools in order to enable so called online monitoring of spectra, i.e. the data from the detector output are immediately used for the spectrum calculation without any intermediate offline steps. This would allow us to determine some radiation properties on the spot of the measurement.

Keywords

neutron spectrometry, response function, Monte Carlo, linear inverse problem, neutron spectral flux density

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 27. 3. 2013

Thesis defence

• Date of defence: 22. 5. 2013
• Reader: RNDr. Zdeněk Kopecký, Dr., prof. Mgr. Tomáš Tyc, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Informatics

Advanced ('rigorózní řízení') programme / field:
Informatics / Embedded Systems