Characterization of gamma quanta detector for the SABAT sensor
Author: Anna Miś
Supervisor: dr Michał Silarski
abstract
Defence year: 2020
The aim of this work was to characterize the scintillation detector with LaBr3:Ce:Sr crystal for SABAT project, involving the use of neutrons in the detection of hazardous materials. Such a detector has the best energy resolution among such materials. The performed research included measuring energy resolution for standard radioactive sources (22Na, 137Cs, 133Ba, 60Co and 152Eu) and for elements activated by fast neutrons (in AmBe source) emitting high energy gamma quanta. The performed measurements concerned such quantities as: energy resolution, time resolution, light attenuation length and light output. The energetic resolution for the Cesium line (662 keV) was about 3%. This is the best result that can be obtained when using a crystal as a scintillation material. Taking into account the results of the energy resolution, its dependence on the energy of gamma quanta was plotted and arameterized. Also it was checked the results depends on the distance between crystal and the collimator with source. The study showed that such a detector is linear. The measurements of light attenuation length revealed, that for higher voltages the charge output of the detector decreases exponentially with decreasing distance of irradiation point to the photocathode.
Neural networks application in hazardous materials recognition
Author: Diana Janik
Supervisor: dr Michał Silarski
abstract
Defence year: 2020
This work presents the feasibility studies of mustard gas recognition using neural network algorithms and data samples measured by a novel, non-invasive device, which is being developed at the Jagiellonian University within the framework of the SABAT (Stoichiometry Analysis By Activation Techniques) project. The data samples used to train and validate the performance of the used algorithms were based on realistic Monte Carlo simulations which formed histograms of energy depositions for three intervals of detection gamma quanta time. Multiple neural network models have been trained and tested using 7-folds cross-validation in order to analyze how does detector?s sensitivity impact model?s precision. The best results have been achieved for the LaBr3:Ce detector. Nonetheless, based on simulated data from inexpensive, less sensitive NaI:Tl detector obtained model?s accuracy has been only slightly lower. It is expected, that training a model on a larger dataset, without a burden of correlation caused by a limitation in the size of the simulations, may improve the results for NaI:Tl detector.
Application of 3D computer graphics techniques usedin video games for Monte Carlo calculationsof multi-particle transport code
Author: Sławomir Tadeja
Supervisor: prof. Paweł Moskal
abstract
Defence year: 2016
Hazardous materials such us drugs, biological weapons and explosives posses a very distinctive chemical composition. They consist mainly from carbon, nitrogen, oxygen and hydrogen elements. This unique characteristics makes them an ideal target for the novel detection method called atometry, which allows non-invasive, real-time, chemical analysis of any kind of substance. The basis of this technology is stoichiometry analysis of a given object conducted with the neutron beams. The Stoichiometry Analysis by Activation Techniques (SABAT) Collaboration is a team of experienced scientists and students from the Jagiellonian University, working on these novel, atometry-based, systems for chemical threat detection. To support this research, a sophisticated Monte Carlo simulation package was developed to model in detail the neutron emissions. Due to the computational complexity of this simulation, plenty of optimization techniques needs to be used. One of them is an application of the technologies borrowed from the field of computer graphics and video games, such as the ray tracing or the specialized acceleration data structures such as the k-d trees. This thesis will describe the motivation behind the selection of this particular algorithms and data structures, and also the direct application of them in the simulation package
Zrównoleglenie i optymalizacja algorytmów w pakiecie symulacji wykrywacza materiałów wybuchowych
Author: Michał Smolis
Supervisor: prof. Paweł Moskal
abstract
Defence year: 2015
Współczesne metody wykrywania materiałów niebezpiecznych
są ograniczone, szczególnie ze względu na brak mobilności. Do
materiałów niebezpiecznych zalicza się między innymi materiały
wybuchowe i narkotyki, których głównymi składnikami pierwiastkowymi
są azot, tlen, węgiel i wodór. Na Wydziale Fizyki, Astronomii
i Informatyki Stosowanej, w ramach projektu SABAT (ang.
Stoichiometry Analysis by Activation Techniques), prowadzone są
badania nad atomometrią - metodą pozwalającą zdalnie wykrywać substancje niebezpieczne. Atomometria polega na analizie
stechiometrycznej badanej substancji w oparciu o widma energii
kwantów gamma emitowanych w wyniku napromieniowania badanego
obiektu strumieniem neutronów.
Aby wspomóc badania nad tą metodą, rozwijany jest pakiet
oprogramowania do symulacji emisji neutronów, ich oddziaływania
w zadanym materiale oraz rejestrowania kwantów gamma.
W tej pracy przedstawione zostały podstawowe algorytmy oraz
metody statystyczne, które zostały zaimplementowane we wspomnianym
pakiecie symulacyjnym SABAT. Praca zawiera opis oraz
wyniki testów jednostkowych wykonanych na opisanych metodach.
Omówione zostały także problem optymalizacji wybranych metod
oraz zrównoleglenia całego programu symulacji. W pracy
zawarte są także opis działania symulacji oraz jej przykładowy
wynik. Zrównoleglenie działania procedur spowodowało 4-krotne
zwiększenie szybkości działania pakietu symulacyjnego SABAT
dla takiej samej liczby procesów uruchomionych na czterordzeniowym
procesorze.
Badanie własności wybranych materiałów scyntylacyjnych pod kątem zastosowania w identyfikacji substancji niebezpiecznych
Author: Anna Miś
Supervisor: dr Michał Silarski
abstract
Defence year: 2018
Celem pracy było zbadanie energetycznej zdolności rozdzielczej wybranych materiałów scyntylacyjnych: jodku sodu aktywowanego talem (NaI:Tl), fuorku baru (BaF2), germanianu bizmutu (BGO), krzemianu lutetu domieszkowanego cerem (LSO:Ce) oraz bromku lantanu domieszkowanego cerem i strontem (LaBr3:Ce:Sr), które można wykorzystać do pomiaru widm aktywacyjnych. Badane były widma energetyczne standardowych źródeł promieniotwórczych kwantów gamma (22Na, 137Cs, 133Ba, 60Co). Wybrano najlepszy materiał scyntylacyjny, z którego będzie wykonany detektor kwantów gamma w urządzeniu do nieinwazyjnego wykrywania materiałów niebezpiecznych w środowisku wodnym budowanego w Instytucie Fizyki UJ w ramach projektu SABAT. Zgodnie z oczekiwaniami, okazał się nim bromek lantanu domieszkowany cerem. Ponadto, został wykonany pomiar widm energii powstałych z wewnętrznej promieniotwórczości kryształu LSO:Ce.
Aktywacja neutronowa - projekt ćwiczenia na II Pracownię Fizyczną
Author: Sabina Rachwalska
Supervisor: dr Michał Silarski
abstract
Defence year: 2018
Celem niniejszej pracy było zaprojektowanie ćwiczenia opartego na aktywacji neutronowej na II Pracownię Fizyczną Uniwersytetu Jagiellońskiego na Wydziale Fizyki Astronomii i Informatyki Stosowanej. Aktywacja neutronowa polega na aktywacji izotopów w badanej próbce. Powstałe w wyniku naświetlania neutronami promieniotwórcze izotopy emitują kwanty promieniowania gamma o charakterystycznej dla siebie energii co umożliwia ich identyfikacje, a co za tym idzie pierwotnego izotopu w próbce. Rozdział 1 zawiera informacje na temat neutronów, oddziaływania neutronów z materią, o źródłach promieniowania neutronowego oraz używanym w projektowanym ćwiczeniu źródle Am-Be. Dokładny opis teoretyczny aktywacji neutronowej znajduje się w rozdziale 2. W rozdziale 3 znajdują się informacje na temat działania promieniowania na organizmy żywe, natomiast rozdział 4 określa zasady bezpieczeństwa jakie powinny być przestrzegane podczas pracy z promieniowaniem jonizującym wraz z obliczeniami dotyczącymi grubości jaką powinna mieć parafinowa osłona źródła Am ? Be. Projektowane ćwiczenie opisane jest w rozdziale 7. Zawiera ono 3 warianty: oznaczani srebra, oznaczanie rtęci w produktach spożywczych oraz obserwowanie rozrodczości drożdży pod wpływem promieniowania neutronowego.
