The Comprehensive Nuclear Test Ban Treaty verification regime mandates atmospheric monitoring for the four radioxenon isotopes that are produced in high abundance in a nuclear explosion: [superscript 131m]Xe, [superscript 133m]Xe, [superscript 133g]Xe, and [superscript 135g]Xe. This mandate has driven the development of improved xenon detectors, including a phoswich detector, which has potential to replace the ARSA detector in the International Monitoring System. In this experiment, the four relevant radioxenon isotopes were produced through neutron activation and the phoswich detector was used to attain spectra from the gas. Spectral characteristics and resolution of the phoswich spectra were compared to an ARSA-type [beta]-[gamma] coincidence detector to perform an overall evaluation of the phoswich detector. The results indicated that spectral characteristics and resolutions for the phoswich were comparable to the ARSA-type detector, with slightly improved beta detection. As an additional test of the new detector's capabilities, a tailored spectrum designed to mimic a nuclear explosion signature was produced and analyzed with the detector. / text

Em Metrologia Nuclear, há muitos anos, o método absoluto de medida de atividade radioativa por coincidência 4πβ-γ tem sido considerado um padrão primário, em razão de seu alto grau de exatidão e por depender de grandezas observáveis para a obtenção de resultados. O Laboratório de Metrologia Nuclear (LMN), do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN), dentre suas técnicas de medida, utiliza a metodologia de coincidência 4πβ-γ. Uma nova técnica, conhecida como medida de coincidência por software tem sido empregada na padronização de radionuclídeos, com muitas vantagens sobre a metodologia convencional. Com o objetivo de atualizar sua metodologia de padronização de radionuclídeos, o LMN desenvolveu um novo sistema de medida de coincidências por software, descrito neste trabalho. O sistema eletrônico emprega os mesmos arranjos de detecção beta e gama utilizados em seus sistemas. O novo sistema é constituído por uma placa de aquisição de dados da National Instruments (NI), conectada a um microcomputador e, através de um painel de conexão, aos arranjos de detecção. O gerenciamento é obtido através de software desenvolvido em LabVIEW, proprietária da NI. Este sistema registra as amplitudes e os instantes de ocorrência dos pulsos de detecção beta e gama, em arquivos de disco. Os arquivos são posteriormente analisados por um programa apropriado, o software de análise de coincidências, de forma a obter as contagens beta, gama e de coincidências, e executando o processamento necessário para a determinação da atividade da amostra radioativa de interesse. O trabalho também apresenta e discute os resultados obtidos, utilizando a primeira versão de software desenvolvida especialmente para este trabalho, bem como perspectivas para futuros trabalhos. / The 4πβ-γ coincidence method for absolute radionuclide activity measurement has been considered for many years as a primary standard in Nuclear Metrology, because of dependence on few observable quantities and high accuracy. The Laboratório de Metrologia Nuclear (LMN) Nuclear Metrology Laboratory , at Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) Nuclear and Energy Research Institute , among its measurement techniques, uses the 4πβ-γ coincidence method. Recently a new technique known as software coincidence has been used, with many advantages over the conventional coincidence methodology. In order to update the methodologies for radionuclide standardizations, the LMN developed a new system based on the software coincidence technique, described in the present work. This system uses the same nuclear set up for beta and gamma detection. The new software coincidence electronics uses a National Instruments (NI) acquisition card connected to a microcomputer and, through a connection panel, to the nuclear detection set up. The card configuration and controlling is accomplished by software using the LabVIEW, a NI proprietary product. This system records into disk files all the amplitudes and occurrence times for beta and gamma detected pulses. A suitable software was developed (the coincidence analysis program) to process the recorded data in order to obtain beta, gamma and coincidence counts and perform calculation of the radioactive source activity. The work also presents and discusses the results obtained with the first version of the coincidence analysis program, as well as perspectives for future works.

Em Metrologia Nuclear, há muitos anos, o método absoluto de medida de atividade radioativa por coincidência 4πβ-γ tem sido considerado um padrão primário, em razão de seu alto grau de exatidão e por depender de grandezas observáveis para a obtenção de resultados. O Laboratório de Metrologia Nuclear (LMN), do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN), dentre suas técnicas de medida, utiliza a metodologia de coincidência 4πβ-γ. Uma nova técnica, conhecida como medida de coincidência por software tem sido empregada na padronização de radionuclídeos, com muitas vantagens sobre a metodologia convencional. Com o objetivo de atualizar sua metodologia de padronização de radionuclídeos, o LMN desenvolveu um novo sistema de medida de coincidências por software, descrito neste trabalho. O sistema eletrônico emprega os mesmos arranjos de detecção beta e gama utilizados em seus sistemas. O novo sistema é constituído por uma placa de aquisição de dados da National Instruments (NI), conectada a um microcomputador e, através de um painel de conexão, aos arranjos de detecção. O gerenciamento é obtido através de software desenvolvido em LabVIEW, proprietária da NI. Este sistema registra as amplitudes e os instantes de ocorrência dos pulsos de detecção beta e gama, em arquivos de disco. Os arquivos são posteriormente analisados por um programa apropriado, o software de análise de coincidências, de forma a obter as contagens beta, gama e de coincidências, e executando o processamento necessário para a determinação da atividade da amostra radioativa de interesse. O trabalho também apresenta e discute os resultados obtidos, utilizando a primeira versão de software desenvolvida especialmente para este trabalho, bem como perspectivas para futuros trabalhos. / The 4πβ-γ coincidence method for absolute radionuclide activity measurement has been considered for many years as a primary standard in Nuclear Metrology, because of dependence on few observable quantities and high accuracy. The Laboratório de Metrologia Nuclear (LMN) Nuclear Metrology Laboratory , at Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) Nuclear and Energy Research Institute , among its measurement techniques, uses the 4πβ-γ coincidence method. Recently a new technique known as software coincidence has been used, with many advantages over the conventional coincidence methodology. In order to update the methodologies for radionuclide standardizations, the LMN developed a new system based on the software coincidence technique, described in the present work. This system uses the same nuclear set up for beta and gamma detection. The new software coincidence electronics uses a National Instruments (NI) acquisition card connected to a microcomputer and, through a connection panel, to the nuclear detection set up. The card configuration and controlling is accomplished by software using the LabVIEW, a NI proprietary product. This system records into disk files all the amplitudes and occurrence times for beta and gamma detected pulses. A suitable software was developed (the coincidence analysis program) to process the recorded data in order to obtain beta, gamma and coincidence counts and perform calculation of the radioactive source activity. The work also presents and discusses the results obtained with the first version of the coincidence analysis program, as well as perspectives for future works.

Amostras de nitrato de potássio e enxofre natural foram irradiadas no núcleo do reator de pesquisas IEA-R1 do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, IPEN/CNEN-SP, operando entre 3,5 e 5 MW de potência, para determinar as secções de choque térmicas e integrais de ressonância das reações 34S(n,)35S e 42K(n,)43K. O fluxo de nêutrons foi monitorado com ligas ouro-alumínio. As atividades induzidas nos alvos de ouro-alumínio e nitrato de potássio foram medidas com um detector semicondutor de germânio hiper puro; as atividades dos alvos de enxofre foram determinadas com um sistema de coincidências 4\\pi\\beta - \\gamma. Os efeitos de depressão de fluxo, autoblindagem e autoabsorção nos alvos foram corrigidos com base em simulações com o método de Monte Carlo por meio do programa MCNP. O programa PENELOPE, também baseado no método de Monte Carlo, foi modificado para simular o comportamento do sistema de coincidências 4\\pi\\beta - \\gamma. O formalismo de Westcott e o método da razão de cádmio foram usados para determinar os fluxos de nêutrons térmicos e epitérmicos, assim como as secções de choque térmicas e integrais de ressonância de ambos nuclídeos. Foi efetuado um tratamento estatístico das incertezas envolvidas e determinadas as covariâncias entre os resultados, incluindo aquelas decorrentes das incertezas do padrão de referência (ouro). As reações 34S(n,)35S e 42K(n,)43K apresentaram, respectivamente, seções de choque térmicas de 228(14) mb e 44,8(9) b, e integrais de ressonância de 144(6) mb e 1635(75) b. Estes resultados são incompatíveis com aqueles obtidos com cálculos teóricos. A seção de choque térmica da reação 34S(n,)35S concorda com valores obtidos por outros autores, dentro das incertezas experimentais. / Samples of potassium nitrate and natural sulphur were irradiated in the IPEN/CNEN-SP IEA-R1 research reactor core, operating between 3.5 and 5 MW, to determine the thermal neutron cross sections and resonance integrals of 34S(n,)35S and 42K(n,)43K reactions. The neutron flux was monitored with gold-aluminium alloy. The activities induced in targets of gold-aluminium and potassium nitrate were measured with a high purity germanium detector. Sulphur targets activities were determined with a 4\\pi\\beta-\\gamma coincidences system by the tracer method. Flux depression, self-shielding and self-absorption in the targets was evaluated by simulations using the MCNP software. The PENELOPE software, also based on Monte Carlo method, was modified to simulate the behavior of the 4\\pi\\beta-\\gamma coincidence system. The Westcott formalism and the cadmium ratio method were used to determine epithermal and thermal neutrons flux as well as the thermal cross sections and resonance integrals of both nuclides. A statistical analysis of the uncertainties was performed and the covariance between the results was determined, including those arising from the uncertainties of the gold reference standard. The results were compared with experimental values and theoretical predictions obtained by other authors. The 34S(n,)35S and 42K(n,)43K reactions had, respectively, thermal cross sections of 228(14) mb and 44.8(9) b, and integral resonances of 144(6) mb and 1635(75) b. These results are incompatible with the obtained with theoretical calculations. The 34S(n,)35S reaction thermal cross section agrees with values obtained by other authors, within the experimental uncertainties.

Amostras de nitrato de potássio e enxofre natural foram irradiadas no núcleo do reator de pesquisas IEA-R1 do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, IPEN/CNEN-SP, operando entre 3,5 e 5 MW de potência, para determinar as secções de choque térmicas e integrais de ressonância das reações 34S(n,)35S e 42K(n,)43K. O fluxo de nêutrons foi monitorado com ligas ouro-alumínio. As atividades induzidas nos alvos de ouro-alumínio e nitrato de potássio foram medidas com um detector semicondutor de germânio hiper puro; as atividades dos alvos de enxofre foram determinadas com um sistema de coincidências 4\\pi\\beta - \\gamma. Os efeitos de depressão de fluxo, autoblindagem e autoabsorção nos alvos foram corrigidos com base em simulações com o método de Monte Carlo por meio do programa MCNP. O programa PENELOPE, também baseado no método de Monte Carlo, foi modificado para simular o comportamento do sistema de coincidências 4\\pi\\beta - \\gamma. O formalismo de Westcott e o método da razão de cádmio foram usados para determinar os fluxos de nêutrons térmicos e epitérmicos, assim como as secções de choque térmicas e integrais de ressonância de ambos nuclídeos. Foi efetuado um tratamento estatístico das incertezas envolvidas e determinadas as covariâncias entre os resultados, incluindo aquelas decorrentes das incertezas do padrão de referência (ouro). As reações 34S(n,)35S e 42K(n,)43K apresentaram, respectivamente, seções de choque térmicas de 228(14) mb e 44,8(9) b, e integrais de ressonância de 144(6) mb e 1635(75) b. Estes resultados são incompatíveis com aqueles obtidos com cálculos teóricos. A seção de choque térmica da reação 34S(n,)35S concorda com valores obtidos por outros autores, dentro das incertezas experimentais. / Samples of potassium nitrate and natural sulphur were irradiated in the IPEN/CNEN-SP IEA-R1 research reactor core, operating between 3.5 and 5 MW, to determine the thermal neutron cross sections and resonance integrals of 34S(n,)35S and 42K(n,)43K reactions. The neutron flux was monitored with gold-aluminium alloy. The activities induced in targets of gold-aluminium and potassium nitrate were measured with a high purity germanium detector. Sulphur targets activities were determined with a 4\\pi\\beta-\\gamma coincidences system by the tracer method. Flux depression, self-shielding and self-absorption in the targets was evaluated by simulations using the MCNP software. The PENELOPE software, also based on Monte Carlo method, was modified to simulate the behavior of the 4\\pi\\beta-\\gamma coincidence system. The Westcott formalism and the cadmium ratio method were used to determine epithermal and thermal neutrons flux as well as the thermal cross sections and resonance integrals of both nuclides. A statistical analysis of the uncertainties was performed and the covariance between the results was determined, including those arising from the uncertainties of the gold reference standard. The results were compared with experimental values and theoretical predictions obtained by other authors. The 34S(n,)35S and 42K(n,)43K reactions had, respectively, thermal cross sections of 228(14) mb and 44.8(9) b, and integral resonances of 144(6) mb and 1635(75) b. These results are incompatible with the obtained with theoretical calculations. The 34S(n,)35S reaction thermal cross section agrees with values obtained by other authors, within the experimental uncertainties.