@phdthesis{Gaag, type = {Bachelor Thesis}, author = {Maximilian Gaag}, title = {Evaluation von Analysealgorithmen zur}, url = {https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:840-opus4-1270}, pages = {49 Seiten}, abstract = {Gammastrahlung ist hochenergetische elektromagnetische Strahlung, die zum Beispiel beim Zerfall radioaktiver Stoffe auftritt und besteht aus ungeladenen Photonen. Jeder dieser Gammastrahler strahlt Photonen mit einer f{\"u}r ihn spezifischen Energie aus, woran man ihn auch erkennen kann. So hat jeder Gammastrahler sozusagen seinen eigenen Fingerabdruck. Wenn man wissen will, welche Gammastrahler in einer Probe vorhanden sind, kann auf die Gammaspektroskopie zur{\"u}ckgegriffen werden. Diese misst, wie der Name schon sagt, das Spektrum, also die Energie und die Intensit{\"a}t, der Gammastrahlen. Aus dem daraus entstehenden Graphen kann dann anhand der Ausschl{\"a}ge abgelesen werden, welche Gammastrahler in der Probe enthalten sind, da sich diese {\"u}ber ihr Energiema{\"s} bestimmen lassen. Die beiden grunds{\"a}tzlichen Bestandteile eines solchen Gammastrahlenspektrometers sind ein Detektor und eine Strahlungsquelle, meist eine radioaktive Probe. Die Probe wird so angebracht, dass sie auf den Detektor strahlt. Dieser registriert dann die Impulse, die durch Wechselwirkung zwischen den Gammastrahlen und den Elektronen des Detektors entstehen. Es gibt zwei haupts{\"a}chlich auftretende Effekte. Der Wichtigste ist wohl der Photoeffekt. Hierbei trifft ein Photon auf ein Elektron und das Photon wird vollst{\"a}ndig vom Elektron absorbiert, wodurch das Elektron aus seiner aktuellen Bindung, innerhalb des Atoms, gel{\"o}st wird. Dies ist der wichtigste Effekt, weil er genau die Information liefert, die gesucht wird. Das ist die exakte Energie, mit der ein radioaktives Nuklid abstrahlt. Den durch geh{\"a}uftes Vorkommen dieses Effektes auftretenden Ausschlag nennt man Photopeak. Er stellt die spezifische Energie von einem der, in der Probe vorhandenen, Gammastrahlern dar. Anhand dieses Peaks ist es letztendlich m{\"o}glich die enthaltenen Gammastrahler zu identifizieren. Der zweite Effekt nennt sich Compton-Effekt. Hierbei trifft ebenfalls ein Photon auf ein Elektron. Dieses Mal wird das Photon aber nicht absorbiert, sondern gibt lediglich einen Teil seiner Energie an das Elektron ab und wird dann in einem Winkel von 0° bis 180° gestreut. Es setzt seinen Weg also mit geringerer Energie und damit gr{\"o}{\"s}erer Wellenl{\"a}nge fort. Leider ist das obige Spektrum im jetzigen Zustand noch lange nicht perfekt. Noch sind zu viele St{\"o}rungen und Fehlinformationen enthalten. Zwar k{\"o}nnte damit gearbeitet werden, jedoch mit dem Risiko, dass eventuell Informationen verf{\"a}lscht, oder sogar gar nicht ausgelesen werden. Perfekt w{\"a}re es, wenn das Spektrum komplett der x-Achse anliegen w{\"u}rde, vollkommen glatt, ohne Rauschen und nur die Photopeaks zu sehen w{\"a}ren. Ein kleiner Teil der St{\"o}rungen, die das Signal beeinflussen, kann schon im obigen Teil erkannt werden. Es spielen n{\"a}mlich viel mehr Effekte eine Rolle, als es im besten Fall sein sollten. Einer der St{\"o}reffekte zum Beispiel, ist der bereits oben erw{\"a}hnte Compton-Effekt. Dieser tr{\"a}gt nichts zum Photopeak bei, sondern liefert einen Impuls, dessen Energie bis zu einem gewissen Punkt, dieser „Punkt“ wird auch Compton-Kante genannt, unterhalb der spezifischen Energie des Photons liegt. Wenn die spezifische Energie eines Photons zum Beispiel 600keV betragen w{\"u}rde, dann k{\"o}nnte durch den Compton-Effekt eine Energie von 400keV geliefert werden. Es ist also m{\"o}glich, dass angenommen wird es seien zwei unterschiedliche Gammastrahler in der Probe vorhanden. Gl{\"u}cklicherweise sind die Impulse, die durch den Compton-Effekt entstehen relativ gleich verteilt und erreichen kaum die Intensit{\"a}t eines Photopeaks. Dennoch zieht jeder Photopeak einen solchen Rattenschwanz aus schw{\"a}cheren Impulsen, welche von 0keV bis zur Energie der Compton-Kante reichen, hinter sich her. Dies wird auch Compton-Kontinuum genannt. Da im niedrigeren Bereich des Energiespektrums immer mehr Compton-Kontinuen aufeinandertreffen, je nachdem wie viele Photopeaks, also unterschiedliche Gammastrahler, in der Probe vorhanden sind, bildet sich dort oft ein sichtbarer H{\"u}gel, oder eine Steigung. Umgekehrt flacht das Spektrum im h{\"o}heren Bereich immer weiter ab, da 4 Abbildung 1: Beispielspektrum weniger Compton-Kontinuen vorhanden sind. Das Compton-Kontinuum tr{\"a}gt einen Gro{\"s}teil zum Untergrund bei. Der Untergrund f{\"u}llt fast den kompletten Bereich zwischen Gammaspektrum und x-Achse aus. Ebenso spielt hier auch die Umgebungsstrahlung eine Rolle, welche eigentlich immer vorhanden ist und die man nur schwer ausschlie{\"s}en kann. Ein weiterer St{\"o}rfaktor ist das in der Elektrotechnik bekannte Rauschen, welches auch im obigen Spektrum sehr gut erkannt werden kann. Dies sind nur einige St{\"o}rungen, die eine Rolle spielen. Es werden somit sehr viele St{\"o}rgr{\"o}{\"s}en ungewollt mit betrachtet und diese St{\"o}rgr{\"o}{\"s}en m{\"u}ssen durch Werkzeuge, wie zum Beispiel Algorithmen, entfernt werden. Da ich mich in dieser Bachelorarbeit auf die Untersuchung von Algorithmen zur Bestimmung des Untergrundes beziehe, werde ich mich im Weiteren auf diese beschr{\"a}nken und die anderen Probleme gr{\"o}{\"s}tenteils au{\"s}er Acht lassen. Nun gibt es nat{\"u}rlich bereits Algorithmen, mit denen sich der Untergrund von Gammaspektren bestimmen l{\"a}sst. Das Problem hierbei ist, dass diese meist nur bei bekannten Spektren funktionieren, auf die sie, mehr oder weniger, speziell zugeschnitten sind. Wenn diese Algorithmen eins zu eins auf ein unbekanntes Spektrum angewandt w{\"u}rden, kann es schnell vorkommen, dass die Untergrundbestimmung misslingt und weit vom angestrebten Ergebnis entfernt ist. Einen einzelnen Algorithmus zu entwickeln, der f{\"u}r alle Spektren einsetzbar w{\"a}re, ist aber auch keine M{\"o}glichkeit. Der Aufwand und die Kosten w{\"a}ren noch viel zu hoch. Au{\"s}erdem w{\"u}rde sich keine Firma finden,welche sich an solch ein Projekt wagen w{\"u}rde, da auch viel zu wenige Abnehmer daf{\"u}r vorhanden sind. Darum werde ich in dieser Arbeit kleinere, einfachere Algorithmen genauer untersuchen, um zu verstehen, wie sich diese auf unterschiedliche Spektren anwenden lassen. Das damit entstehende Ergebnis ist wahrscheinlich nicht perfekt, aber gut genug, um damit arbeiten zu k{\"o}nnen. Ziel dieser Arbeit ist es, zwei Algorithmen zur Untergrundbestimmung zu evaluieren und einen {\"U}berblick {\"u}ber folgende Themen zu geben: – Einen Ausblick {\"u}ber die Auswirkungen der einzelnen Parameter der Algorithmen zu geben, um zum Beispiel schnell absch{\"a}tzen zu k{\"o}nnen, welcher Parameter in einem konkreten Fall ver{\"a}ndert werden muss. – Einen groben Rahmen festzulegen, in dem die einzelnen Parameter gew{\"a}hlt werden k{\"o}nnen, sodass mit hoher Wahrscheinlichkeit ein gutes Ergebnis erreicht wird. – St{\"a}rken und Schw{\"a}chen der Algorithmen herausarbeiten, um zum Beispiel die Verwendung eines Algorithmus auszuschlie{\"s}en, der sich f{\"u}r den beabsichtigten Zweck nur schwer oder gar nicht einsetzen lie{\"s}e. 5 – Einen schnellen {\"U}berblick {\"u}ber die M{\"o}glichkeiten geben, um mit den Algorithmen ohne gro{\"s}es Vorwissen zu arbeiten.}, language = {de} }