Durch die Kopplung von Szintillationskristallen an Lichtwellenleiter könnten robuste Messgeräte für die spektroskopitsche Messung von Strahlungsfeldgrößen in Bohrlöchern in Betonstrukturen beim Rückbau von Kernkraftwerken realisiert werden. In dieser Arbeit wurden zwei Prototypen solcher Messgeräte entwickelt, wobei ein auf einem Gadolinium-Aluminium-Gallium-Granat-Szintillationskristall basierendes Messsystem mit einem Kunststofflichtwellenleiter mit hohem Durchmesser aufgrund seiner hohen Zählrate bevorzugt wurde. Mit diesem Messystem konnten spektroskopische Messungen von Gammastrahlung durchgeführt werden. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass Kontaminationen einer bestimmten Aktivität bis in einen Abstand von mehreren Zentimetern von der Messsonde im Beton nachweisbar sind. Ein Schätzwert der minimale Messzeit zur Erkennung einer nachweisbaren Kontamination konnte bestimmt werden. Eine hinreichend große, gemessene Ereigniszahl ermöglicht zusätzlich die Bestimmung des Abstands einer radioaktiven, punktförmigen Kontamination eines bekannten Nuklids. Für ein bekanntes Nuklid konnte weiterhin aus der Zählrate ein Schätzwert für die Energiedosis am Ort der Messsonde mithilfe von Referenzmessungen der Dosis mittels Berylliumoxid-Detektoren bestimmt werden.:Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis vii Tabellenverzeichnis ix 1 Einleitung 1 2 Physikalische Grundlagen 3 2.1 Radioaktiver Zerfall 3 2.2 Gröÿen des Strahlungsfelds 3 2.3 Wechselwirkungen von Photonen mit Materie 5 2.4 Lichtentstehung in anorganischen Szintillatoren 8 2.5 Lichtmessung 10 2.6 Pulshöhenverteilungen von Szintillationsdetektoren 12 2.7 Ein ussfaktoren der Lichtausbeute 14 3 Material und Methoden 16 3.1 Aufbau LSO-Sonde und Messungen mit radioaktiven Quellen 16 3.2 Aufbau Lichtkopplung mittels Linse 18 3.3 Aufbau und Versuchsablauf Quarzglaskopplungen 20 3.4 Aufbau GAGG-Sonde 21 3.5 Aufbau des Betonphantoms 24 3.5.1 Dichtebestimmung des Betonphantoms 24 3.6 Messablauf Tiefenkurven in Betonphantom 27 3.7 Datenanalyse mittels Kolmogorv-Smirnov-Test 27 4 Ergebnisse 29 4.1 Spektroskopische Eigenschaften LSO-Sonde 29 4.2 Winkelverteilung austretender Photonen aus Szintillationskristall 33 4.3 Quarzglaskopplung 36 4.4 Spektroskopische Eigenschaften GAGG-Sonde 43 4.5 Vergleich GAGG- und LSO-Sonde 47 4.6 Abstandsabhängigkeit der Zählrate 50 4.7 Abschätzung der maximalen Abschirmdicke von Beton für Kontaminationserkennung 53 4.8 Abschätzung der minimalen Messzeit zur Kontaminationserkennung 56 4.9 Abschirmungsdickenbestimmung mittels Abschirmungsparameter 57 4.10 Bestimmung der Dosis 62 5 Diskussion 64 6 Zusammenfassung 67 / A robust measuring system for spectroscopic measurementes of gamma-ray radiation in boreholes in concrete structures can be built by coupling of a scintillation crystal to a light guide. Two prototypes of such measuring systems are developed one based on a Gadolinium-Aluminium-Gallium-Garnet scintillation crystal with a plastic optical fiber with a high diameter is preferred due to the higher count rate. Spectroscopic measurements of gamma-ray radiation with this measuring system can be performed. It can be shown that contamination of a specific activity can be detected even if they are located in concrete in a distance of several centimeters from the radiation sensor. for the minimal measurement time of 38 s An estimated value to detect a traceable contamination could be determined. If a high number of events can be detected, even the distance between a point like radioaktive source of a known nuclide and the radiation sensor can be determined. An estimated value for the applied dose at the place of the radiation sensor could be determined for a known nuclide with the help of the count rate. Therefore, reference measurements of dose with berylliumoxide detectors were performed.:Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis vii Tabellenverzeichnis ix 1 Einleitung 1 2 Physikalische Grundlagen 3 2.1 Radioaktiver Zerfall 3 2.2 Gröÿen des Strahlungsfelds 3 2.3 Wechselwirkungen von Photonen mit Materie 5 2.4 Lichtentstehung in anorganischen Szintillatoren 8 2.5 Lichtmessung 10 2.6 Pulshöhenverteilungen von Szintillationsdetektoren 12 2.7 Ein ussfaktoren der Lichtausbeute 14 3 Material und Methoden 16 3.1 Aufbau LSO-Sonde und Messungen mit radioaktiven Quellen 16 3.2 Aufbau Lichtkopplung mittels Linse 18 3.3 Aufbau und Versuchsablauf Quarzglaskopplungen 20 3.4 Aufbau GAGG-Sonde 21 3.5 Aufbau des Betonphantoms 24 3.5.1 Dichtebestimmung des Betonphantoms 24 3.6 Messablauf Tiefenkurven in Betonphantom 27 3.7 Datenanalyse mittels Kolmogorv-Smirnov-Test 27 4 Ergebnisse 29 4.1 Spektroskopische Eigenschaften LSO-Sonde 29 4.2 Winkelverteilung austretender Photonen aus Szintillationskristall 33 4.3 Quarzglaskopplung 36 4.4 Spektroskopische Eigenschaften GAGG-Sonde 43 4.5 Vergleich GAGG- und LSO-Sonde 47 4.6 Abstandsabhängigkeit der Zählrate 50 4.7 Abschätzung der maximalen Abschirmdicke von Beton für Kontaminationserkennung 53 4.8 Abschätzung der minimalen Messzeit zur Kontaminationserkennung 56 4.9 Abschirmungsdickenbestimmung mittels Abschirmungsparameter 57 4.10 Bestimmung der Dosis 62 5 Diskussion 64 6 Zusammenfassung 67

New derivatives of carbon nanostructures: nanotubes, nano-onions and nanocrystalline diamonds were obtained through fluorination and subsequent functionalization with sucrose. Chemically modified nanocarbons show high solubility in water, ethanol, DMF and can be used as biomaterials for medical applications. It was demonstrated that sucrose functionalized nanostructures can find applications in nanocomposites due to improved dispersion enabled by polyol functional groups. Additionally, pristine and chemically derivatized carbon nanotubes were studied as nanofillers in epoxy composites. Carbon nanotubes tailored with amino functionalities demonstrated better dispersion and crosslinking with epoxy polymer yielding improved tensile strength and elastic properties of nanocomposites. Reductive functionalization of nanocarbons, also known as Billups reaction, is a powerful method to yield nanomaterials with high degree of surface functionalization. In this method, nanocarbon salts prepared by treatment with lithium or sodium in liquid ammonia react readily with alkyl and aryl halides as well as bromo carboxylic acids. Functionalized materials are soluble in various organic or aqueous solvents. Water soluble nanodiamond derivatives were also synthesized by reductive functionalization of annealed nanodiamonds. Nanodiamond heat pretreatment was necessary to yield surface graphene layers and facilitate electron transfer from reducing agent to the surface of nanoparticles. Other carbon materials such as activated carbon and anthracite coal were also derivatized using reductive functionalization to yield water soluble activated carbon and partially soluble in organic solvents anthracite. It was shown that activated carbon can be effectively functionalized by Billups method. New derivatives of activated carbon can improve water treatment targeting specific impurities and bio active contaminants. It was demonstrated that functionalized carbon nanotubes are suitable for real time radiation measurements. Radiation sensor incorporating derivatized carbon nanotubes is lightweight and reusable. In summary, functionalization of carbon nanomaterials opens new avenues for processing and applications ranging from biomedicine to radiation sensing in space.