ISOCS/LabSOCSの技術的な利点

紹介

数学的校正ソフトウェアの利点は、現在、原子力測定業界全体でよく理解されています。 従来の校正ソースを排除することで、コストと測定時間を大幅に節約できます。さらに、これらのツールの柔軟性により、測定されたサンプルジオメトリの優れた複製が可能になり、製造された校正ソース標準よりも精度が向上します。

現在、研究室や原子力施設で使用されている数学的校正ソフトウェアパッケージがいくつかあります。 このアプリケーションノートは、MIRIONのISOCS/LabSOCSソフトウェアの技術的なレビューをいくつかの典型的なアプリケーションシナリオで示し、代替よりもその利点の定量的な証拠を提供します。 焦点は、測定結果の精度に大きな影響を与える数学的校正のいくつかの側面です。

本質的な検出器効果

ISOCS/LabSOCSソフトウェアは、完全な工場特性評価が検出器で実行される点で、他の利用可能な数学的校正パッケージとは異なります。 このプロセスは、NIST追跡可能なソースとよく知られているMCNP^®モンテカルロモデリングコードを使用します。 自由空間内の各個々の検出器の放射線応答プロファイルは、10keVから7 MeVのエネルギー範囲をカバーする検出器の周りの1,000メートルの直径球について決定されます。 ソフトウェアでは、特徴的な検出器は、利用可能な検出器のリストから選択され、モデルに組み込まれます。 この時点で、ユーザーはサンプルジオメトリ（すなわち、測定されているアイテムの位置と物理的特性、ソースの場所と分布）について心配するだけです。 ソフトウェアは、検出器自体に関連する追加情報を必要としません。この情報は、特性評価プロセスを通じて生成された検出器特性評価ファイルから自動的に抽出し、CD上の検出器と一緒に出荷されます。

この方法は、代替ソリューションで使用されるものと対照的に、工場特性評価は必要ないという事実を積極的に促進します。 これらの代替方法は、正確な検出器結晶寸法情報の必要性によって引き起こされる重大な欠点があります。 この情報は、本質的な検出効率を決定するために、モデリングソフトウェアパッケージに入力されます。 問題は、缶内の実際の検出器結晶の詳細（例えば、実際の形状、角とエッジ周辺の活性体積、死層厚さ、ベベル量、缶内のコールド検出器の位置）を正確に知ることができないことです。 製造業者の寸法情報から計算された本質的な検出効率と実際の本質的な検出効率との間の差は、重大な測定バイアスを引き起こす可能性があります。 ISOCS/LabSOCSソフトウェアは、実際の検出器結晶が正確に特徴づけられるため、このバイアスを除去します。

推定検出器次元に関連する典型的なレベルのバイアス値を定量的に測定するために、典型的な検出器タイプ、44％SEGe検出器用にいくつかのLabSOCS検出器効率曲線が生成されています。 検出器結晶の寸法は、検出器製造公差の典型的な程度に変化しました。 下の図1は、図に記載されている結晶の典型的な寸法と不確実性に基づいて、効率の不確実性包絡線を示しています。

図1：
図の上部に示す可変検出器寸法に関連する不確実性包絡線

これらのデータは、これらの典型的な製造不確実性が、中域（100-400keV）で高エネルギーに対する検出器効率応答に±8〜10％の不確実性を引き起こすことを示しています。 100 keV未満のエネルギーの場合、これらの偏差はさらに悪くなる可能性があります（Am-241 60 keV放出エネルギーで約±15％）。 また、上記の図の分散には、ゲルマニウム井戸の深さや直径、結晶ベベルなどの検出器効率に影響を与える他のパラメーターが含まれていないことに注意してください。

HPGe検出器に加えて、ISOCS/LabSOCSソフトウェアは、LaBr3とNaI検出器の両方にも正常に適用されていることに留意すべきです。

サンプルジオメトリをモデリング

特徴的な検出器がISOCS/LabSOCSソフトウェアで選択されると、ユーザーはサンプルジオメトリの正確なモデルを生成することだけに集中できます（そして検出器自体に関心を持つ必要はありません）。 モデル化されたジオメトリと実際のジオメトリとの間の違いは、プロセスのこの部分に関連する測定バイアスの重要な源です。 重要なバイアス源には、次のものがあります。

• 検出器に対するサンプルの相対的な位置
• サンプル内のソースの分布
• サンプルの物理的特性（例えば、容器の形状と厚さ、ソースマトリックス密度、容器とマトリックス材料の材料組成）

ISOCS/LabSOCSソリューションには、サンプルジオメトリ定義に関連する5つの重要な利点があります。

• 検証された幅広いジオメトリテンプレート – ジオメトリ変更の範囲を最小限に抑える
• サンプルの物理的特性を正確にシミュレートするために必要な高い柔軟性
• 線活動相関評価器（LACE）ツールにより、推定サンプル特性の検証が可能になり、測定バイアスを除去するのに役立ちます
• ISOCS不確実性推定ツールは、物理的サンプル特性がほとんど知られている総測定不確実性の堅牢な処理を可能にします。 また、感度分析を促進し、測定のための最も重要な特性を強調表示します
• 分析中にサンプルに関する重要な情報を入力できるランタイムクエリ。 効率校正は、サンプル分析の一部として自動的に計算されます。

これら5つの利点のそれぞれを以下に詳しく説明します。

図4：
Eu-152の測定のための3つの異なる推定マトリックス効率のLACE結果。
線活動は、主要線活動に、この場合344keV線に正規化されます。

実行時におけるISOCS/LabSOCS効率補正

ガンマ分光ソフトウェアは、ラボの運営方法に柔軟性を与える非常に便利なツールです。伝統的に、サンプル測定に先立って限られた校正セットを生成する必要がありました。 測定サンプルが生成された校正に準拠していることを確認するために、高価で時間のかかるサンプル調製時間が費やされます（図5の左側を参照）。

Genie 2000ソフトウェアは、ISOCS/LabSOCS効率校正が生成され、分析時に適用される柔軟で貴重な代替品を提供します。 この「インライン」アプローチは、図5の右側に示されています。 この方法では、任意の量のサンプルをコンテナーに入力し、測定時に可変量（例えば、充填高さ、質量、体積）の入力を要求されます。測定時に照会される主要なパラメーターは、Genie 2000ソフトウェアで分析シーケンスを設定するときに定義されます。

これは、準備段階でサンプル量を固定することで操作が制限されないことを意味します。 代わりに、量は変化し、測定時にソフトウェアによって照会されたときにサンプルごとに値が入力されます。 これにより、生産性の向上につながる貴重な柔軟性を提供します。

サンプルパラメーターのいずれかがよく知られていない場合（図4の例の密度など）、このツールを使用して、異なるパラメーター値で複数の測定をすばやく実行できます。 各測定は、LACEプロットを生成できます。これらのプロットは、パラメーターの最適な値を定義するために研究でき（前のセクションで説明したように）、測定バイアスを除去します。

図5：
インラインLabSOCS効率校正方法の提示

妥当性確認と検証

ISOCS/LabSOCSの数学的校正プロセスは、完全なトレーサビリティと監査可能性という目的で開発されました。 この点で、ISOCS/LabSOCSソフトウェアは、代替パッケージよりも重要な利点を提供し、監査役やその他の利害関係者に渡る保証を提供します。 このセクションでは、そのプロセスの堅牢性を証明するものです。

検出器特性評価

このノートで説明した測定は、NIST追跡可能な認定活動基準で行われます。 検出器特性評価レポートは、QA記録に組み込むことができる特性評価された検出器とともに出荷されます。 これは、以下の情報を提供します。

• 検出器特性評価が行われた方法の詳細
• 検出器周辺の異なる場所での追跡可能なAm-241、Eu-152、Cs-137標準の測定に対する検出器特性評価のベンチマーク結果。 これは、ISOCS/LabSOCSソフトウェアで使用される体系的な不確実性値を裏付ける証拠となります
• 特性評価に使用される追跡可能な基準の校正証明書

特性評価プロセスでは、チェックソースを使用して一連の測定が行われます。 このソースは、それぞれ約37 kBq（または1 µCi）の活動でEu-155（86.5keVと105.3keVの放出）とNa-22（511keVと1275keV）が含まれています。 ソースは、ホルダー/治具に恒久的に取り付けられ、検出器と一緒に出荷され、使用ラボでのQA/QCプログラムで重要な役割を果たします。 ソース治具は、QA/QC測定のジオメトリが工場測定と同じであることを保証します。 このソースは、目的地ラボで測定されると、検出器工場での特性評価時から使用時までトレーサビリティを移転するために必要な連続的な壊れていないチェーンを提供します。 これは、効率校正結果のトレーサビリティを証明する重要な利点です。

推奨されるオプションとして、特徴的な検出器といくつかの標準ジオメトリは追跡可能な参照測定を追加するISOCS/LabSOCS検証パッケージ（ガラス繊維フィルターペーパー、固体樹脂マトリックス付き20 ccアクリルシリンダー、固体樹脂マトリックス付き400 mlポリプロピレンコンテナー、固体樹脂マトリックス付き2.8リットルマリネッリビーカー）を提供します。 これは、これらの典型的なラボジオメトリの特徴的な検出器のさらなるベンチマークを提供します。 検出器検証レポートは、QA記録に組み込むために提供されます。 これには、以下が含まれます。

• 検出器検証が行われた方法の詳細
• 上記のラボサンプルジオメトリの範囲で、60keVから1836keVまでのエネルギー範囲（Am-241、Cd-109、Co-57、Ce-139、Sn-113、Cs-137、Mn-54、Y-88、Co-60、Zn-65）をカバーする幅広い核種を含む追跡可能な基準に対する検出器特性評価のベンチマーク結果。 これらの結果は、核種活動を計算する際にLabSOCSソフトウェアで使用される統計的不確実性を検証します。 真の同時損失の影響を受ける核種（Ce-139、Y-88、Co-60）からのガンマ線放出は、特許取得済みのCanberra™カスケード加算補正アルゴリズムを使用してこれらの影響を補正します
• 検証に使用される追跡可能な基準の校正証明書

ISOCS/LabSOCS妥当性確認と検証文書

この標準文書は、ソフトウェアに付属しています。 これは、さまざまなジオメトリの形状と検出器タイプでソフトウェアを検証し、100を超える参照比較を活用します。 この詳細な文書により、ユーザーは測定シナリオに最も近い一致を提供するジオメトリの検索と、ベンチマーク結果を確認して、ソフトウェアによって適用される体系的な不確実性を検証できます。

上記の妥当性確認と検証証拠に加えて、ISOCSとLabSOCSソフトウェアの使用を詳述したアプリケーションノートと会議資料も豊富にあります。 この一連の作業は、幅広い応用範囲に実績のある使用済みデータを提供し、このツールの実体験によりさらなる自信を提供します。 完全な参考文献情報はこのアプリケーションノートの最後に掲載されています。

概要

ISOCS/LabSOCSソフトウェアは、効率校正プロセスの精度に関連する重要な利点を提供します。 これらを以下に要約します。

• 工場特性評価は、検出器結晶の寸法の不確実性に関連する測定バイアスを除去します。典型的なバイアスは、最低エネルギー（<60keV）で約10％以上15％以上まで上昇します。 ソフトウェアと検出器ベンダーが同じ会社でない場合、これは悪化します
• 堅牢なベンチマークされたジオメトリテンプレートにより、ジオメトリモデリングエラーの範囲を最小限に抑える
• 高い柔軟性により、サンプルジオメトリの優れた複製が可能になります。 他のソリューションは、曲面近似を含むモデルで妥協を強いるものです。 環境計数アプリケーションでは、これが大きな水サンプルで約6％の典型的な測定バイアスにつながることが実証されています（そして、これは、より小さなサンプルで最大15％になると予想されます）。
• Genie 2000 LACE機能と組み合わせて使用すると、あまり知られていない物理的パラメーターを簡単に最適化して検証できます。 これは、モデルとサンプルの物理的特性との間の違いに関連するバイアスを除去します

検出器とサンプルジオメトリ仕様に関連する体系的なバイアスは加算的であることに留意すべきです。 このノートの研究に基づいて、ISOCS/LabSOCSソフトウェアを使用すると、他の数学的校正パッケージと比較して20％以上のレベルで測定バイアスを除去できます。 代替ソリューションは、このレベルで核種アクティビティの結果を過少報告する可能性があります。

ランタイム効率補正とISOCS不確実性評価器を導入しました。 これらは、測定計画をサポートし、生産性を向上させ、時間と費用を節約し、測定結果の堅牢性を高める重要なツールです。

詳細な妥当性確認と検証プロセスが提示されました。 これは、効率校正プロセスと測定結果に適用される関連する体系的な不確実性の正当化を提供します。 ISOCS/LabSOCSアプリケーションを説明する技術論文の包括的な参考文献は、この技術が分野でどれほど広く採用されているかを示しています。

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