Presentazione del nuovo sistema di
spettrometria gamma HpGe integrato
LDM-1 ORTEC®
Vittorio Moroni Ametek srl
Vulcano, 23 24 maggio 2013
La storia di Ortec nel campo dei sistemi con rivelatori al
germanio iperpuro raffreddati elettricamente con sistemi
miniaturizzati
• Gennaio 2004 : Introduzione di Detective, primo RID con HPGe raffreddato elettricamente a batterie
• Giugno 2004: Introduzione di detective-ex con rivelatore He-3 per neutroni
• Febbraio 2006: Introduzione di Detective-100, con rivelatore al Germanio 40% di efficienza
• Aprile 2006: Introduzione di Detective-100-ex
• Febbraio 2007: GPS integrato nei sistemi Detective
• Febbraio 2007: Introduzione di IDM , sistema per applicazioni industriali
• Maggio 2007: Modo di ricerca SNM
• Gennaio 2008: Introduzione di MicroDetective
La storia di Ortec nel campo dei sistemi con rivelatori al
germanio iperpuro raffreddati elettricamente con sistemi
miniaturizzati
• Gennaio 2009: Introduzione di TRAN-SPEC-DX-100 e Micro-Tran-Spec
• Aprile 2009: Introduzione di Micro Detective HX
• Aprile 2010: Introduzione di Micro-UF6
• Febbraio 2012: Introduzione di DET-200 con rivelatore la germanio raffreddato elettricamente al 50% di efficienza
• Ottobre 2012: Introduzione di IDM-200-P, evoluzione di IDM , ma con batterie
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LDM-1
•Sulla base di questa esperienza, maturata in tutti questi anni di produzione, ORTEC introduce il modello LDM-1, un sistema di spettrometria gamma completo e totalmente integrato, concepito per le analisi di routine nei laboratori di conteggio
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In cosa consiste LDM-1 e perché è stato progettato ?
• Avere un sistema sempre in funzionamento è di importanza critica per un laboratorio di conteggio, e LDM-1 possiede proprio questa caratteristica
• Laboratory Detection Module LDM-1 è uno spettrometro gamma integrato e compatto che elimina completamente l’uso di azoto liquido ed è immune ai problemi legati a cicli temici parziali
• Il raffreddamento elettromeccanico sta diventando sempre più popolare in seguito alle problematiche dovute ai problemi di sicurezza.
• La nuova generazione dei sistemi a raffreddamento di tipo Stirling si sono dimostrati robusti, affidabili e silenziosi.
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Componenti principali di LDM-1
GEM 40% HpGe tipo P
Non contiene setacci molecolariCicli parziali permessi
Elettronica digitale integrata(DSPEC jr 2.0)
Supporto robusto e regolabile in altezza
Alimentazione DCConnessione USB al pc
Batterie integrate 4 ore di autonomiaEstendibile a 18 con batterie esterne
Stirling CoolerAffidabile e a lunga vita
Criostato/Capsula ermeticanon necessita di alcun pompaggio
LDM-1 è una soluzione totalmente integrata
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Supporto di sostegno e dimensioni
Lunghezza Stand78.1cm
Diametro capsula 76 mm
Regolazione altezza:115.4 cm MAX66.5 cm MIN
larghezza16.5 cm
Altezza senza stand64.4 cm
Peso totale 7.2 kg
Compatto e leggero
19.6 cm
14.8 cm
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Posizionamento nel pozzetto in piombo
• Viene posizionato facilmente
in un esistente schermatura
in piombo
• L’altezza è regolata con la
maniglia posta sul retro dello
strumento
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LDM-1La tecnologia della famiglia Detectiveapplicata ad un sistema fisso da laboratorio facilmente trasportabile
Mini cooler Stirling
MCA Elettronica Digitale con filtro di rumore LFR
Utilizzo di Gamma Vision per il controllo del sistema e per
l’analisi quantitativa
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Breve cenno sul Ciclo di Stirling
•Utilizzando le legge ideale dei gas perfetti PV=NRT
si può convertire del calore in movimento o viceversa.
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Cinematica del motore Stirling
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Il movimento dell’albero deve essere accessibile
Riduzione della frizione tra pistone e
parete
Gas interno di lavoro: Idrogeno o Elio
Le parti in movimento necessitano lubrificazione;
lubrificazione e rigenerazione sono separate
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Tecnologia Stirling “senza pistone”
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Vantaggi:
• Ermeticamente
sigillato
• Guarnizioni non a
contatto
• Cuscinetti a gas
• Alternatore integrato
• Non necessita
manutenzione
• Non si conoscono
modalità di guasto
Sistema SunPower recentemente acquisito da Ortec
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MCA Digital Signal Processing
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Il campionamento (step 2) converte
i segnali analogici in numeri
…. 0000, 0000, 01AF, 015C, 011B, 00D7, 00E0, 00A5, 006B, ….
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Perché i sistemi digitali hanno preso il sopravvento?
Sistemi Analogici: Il segnale del preamplificatore viene amplificato e formato da un
amplificatore, soggetto così a variazioni termiche e di altre condizioni
operative
Sistemi Digitali: I segnali del preamplificatore sono “campionati” da un ADC di tipo flash.
I segnali di tipo digitale da sistemi DSP ne risultano molto più “stabili”
I sistemi Digitali offrono infinite combinazioni dei parametri di
formazioni del segnale digitale.
Ciascun singolo rivelatore al germanio iperpuro può operare in modo
da ottenere le migliori prestazioni in termini di risoluzione a qualsiasi
Tasso di conteggio.
Con l’avvento delle più veloci tecnologie DSP, l’analisi della forma
dell’impulso può essere usata per dedurre maggiori informazioni e correggere gli spettri
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Tipica forma di un filtro digitale DSP
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Point of second
peak detect
(dead time)
t = 3Rt+2F
t
Valore tipico: 12 µs
Valore tipico: 0.8-1.2 µs
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• Tutti i sistemi digitali hanno la
correzione dell’effetto
balistico• Il tempo di collezione delle cariche dipende
dalla posizione dell’interazione del raggio
gamma nel cristallo
• Il tempo di salita (rise time) varia con il
tempo di collezione
• Il filtro digitale non cattura tutte le cariche
• L’altezza dell’impulso dipende dalla carica
totale catturata
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LFR Circuito di reiezione delle basse frequenze
• Il rumore elettronico e/o
microfonico peggiora la
risoluzione
• Basse frequenze
significano lungi periodi
rispetto all’ampiezza
dell’impulso
• I filtri analogici assumono
che la linea di zero sia
costante per tutta la
durata dell’impulso
• LFR usa la linea di zero
su entrambi i lati per
determinare l’ampiezza
dell’impulso
La linea di zero varia col tempo
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Controllo dei parametri del sistema
mediante Maestro/Gamma Vision
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Impostazione guadagno dell’amplificatoreImpostazione Linea di zero (baseline)
Impostazioni parametriOnda trapezoidale
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Controllo dei parametri del sistema
mediante Maestro/Gamma Vision
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Il filtro alle basse frequenzeDeve essere sempre attivato
Impostazioni ADC
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Controllo dei parametri del sistema
mediante Maestro/Gamma Vision
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Impostazione e abilitazionedello stabilizzatore di spettro
Impostazioni Alta Tensione
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Controllo dei parametri del sistema
mediante Maestro/Gamma Vision
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� SOH OK o ERR� Indicazione rateo di dose
� Temperatura del rivelatore OK o ERR� Valore di tensione delle batterie
� Autonomia delle batterie� Temperatura interna del cooler OK o ERR� Valore di tensione applicata al cristallo� Valore di tensione di lavoro del cooler
Stato di salute del sistemaVengono monitorati
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LDM-1
Caratteristiche principali�Rivelatore HpGe coassiale tipo “P”
65mm (d) x 50mm (s) �Efficienza relativa: ≥40% (ANSI / IEEE 325-1996)
�Range energetico: 40 keV – 7 MeV�Risoluzione @ 122 KeV: ≤ 1500 eV�Risoluzione @1332 KeV: ≤ 2.3 KeV�Forma del picco FWTM/FWHM: ≤ 1.95
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• Cooler di raffreddamento miniaturizzato funzionante
con ciclo termodinamico di Stirling, con bassissimo
rumore acustico
• Tempo di raffreddamento: < 12 ore a 25 °C
• Guadagno di conversione ADC :512- 16K canali
• Guadagno: 1,2,4,8,16,32 Fine: 0.45-1
• Correzione tempo morto: Metodo di Gedcke-Hale
• Accuratezza sul tempo morto: ± 3% da 0 a 50 Kcps
• Non linearità integrale: ± 0.025% su tutto lo spettro
• No linearità differenziale: ± 1%
• Stabilizzatore di spettro e rateometro integrati
• Alimentazione a basse tensioni 10-17V dc con
limitato carico di potenza richiesta (<30 watt)22 April 2010 UT NE401
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• Impostazione soglie ULD e LLD via software
• Regolazione automatica della linea di zero (Baseline
Restorer) e del «Pole-zero»
• Set di batterie ricaricabili, che consente un’autonomia
di funzionamento di circa quattro ore in caso di black-
out della rete elettrica
• Set di batterie esterne che consente l’utilizzo del
sistema fino 18 ore senza alimentazione
• Non è quindi più necessario un UPS
• Comunicazione con PC tramite USB 2.0
• Temperatura di funzionamento: 0-30 °C
• Umidità: < 90% a 30 °C senza condensa
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Gamma Vision Angle
Si utilizzano standard di calibrazione Si utilizza una standard unico (puntiforme)
differenti per le geometrie di riferimento la curva in effcienza è corretta in
geometria e densità e importata in GV
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Software di analisi quantitativa
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• Controllo e gestione dell’hardware connesso fino a 16 linee di rivelatori
• Compatibilità con ISO/DIS 11929-1997
• I sistemi possono essere controllati da tutti i pc presenti in una rete locale
• Calibrazione in energia ed in efficienza manule o automatica
• Editore di librerie (interne o in formato Access)
• Importazione di spettri di altro formato
• Personalizzazione dei reports
• Calcolo dell’MDA basato sui metodi più usati (Currie, RISO, NUREG 4.16, EDF,ecc)
• Programma di QA
• Diversi motori di analisi (WAN, GAM, NPP, ENV,ROI)
• Deconvoluzione fino a 256 componenti
• Metodo “Directed fit” per picchi a bassa statistica
• Visualizzazione grafica dei risultati di analisi
• Analisi interattiva
• Correzioni• Decadimento• Effetto somma (TCC)• Sottrazione dei picchi presenti nel fondo (PBC)• Sottrazione per picchi interferenti• Attenuazione (interna/esterna)
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Gamma Vision
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• Algoritmi sviluppati da professori universitari del Montenegro a partire dagli anni ’90
• Dati in ingresso:• Calibrazione in efficienza con sorgente mista puntiforme (GV)• Parametri geometrici del rivelatore• Inserimento dei parametri geometrici e strutturali (densità)
della geometria di misura (Marinelli, fiala, filtro, ecc.)
• Creazione della nuova curva di calibrazione in efficienza corretta
• Esportazione ed integrazione in un nuovo file di calibrazione
in Gamma Vision
• Utilizzo del nuovo file di calibrazione per analisi quantitative
in Gamma Vision senza la necessità dello standard
di calibrazione relativo alla geometria di misura
• Incertezza associata: circa il 5%
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Angle
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Campi di applicazione di LDM-1:
� Laboratori di conteggio ambientale (Arpa, ISPRA, VVF
Ricerca, Fisica Sanitaria)
� Laboratori di conteggi commerciali
� Laboratori di conteggio per radiofarmaci
� Laboratori di conteggio su mezzi mobili
� Qualsiasi postazione dove il reperimento dell’azoto è
complicato
� Laboratori o stazioni remote con una rete di alimentazione
instabile
Quando LDM-1 diventa attrattivo:� Il vecchio rivelatore deve essere sostituito
� L’analizzatore multicanale deve essere aggiornato
� Il laboratorio ha una rete elettrica instabile
� Questioni di sicurezza per l’utilizzo di Azoto Liquido
� Riduzioni dei costi legati all’uso di azoto
� Si deve partire con un nuovo laboratorio; un sistema
integrato facilita l’apprendimento
� Evidenti vantaggi per i laboratori mobili e/o portatili
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DOMANDE???
GRAZIE PER L’ATTENZIONE
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