Digital Pulse Processing Methods for Simultaneous Efficient Detection and Identification of Neutron and Gamma Radiation of Novel Detection Materials

Diese Arbeit befasst sich mit der digitalen Pulsauswertung von Szintillationsdetektorsignalen. Die digitale Analyse umfasst Pulsform Diskriminierung (PSD) und Energiebestimmung eines Cs2LiYCl6:Ce (CLYC:Ce) Szintillators, welcher eine zeitgleiche Neutronen- und Gammadetektion ermöglicht. Das Ziel ist die Analyse und der Vergleich von digitalen PSD Methoden und Methoden der digitalen Energiebestimmung, basierend auf bekannten analogen und digitalen Methoden. Zusätzlich wurde eine neuartige digitale Methode zur PSD und Energiebestimmung entwickelt und wird in dieser Arbeit vorgestellt. Diese Methode ermöglicht eine verwendungsabhängige Instanziierung verschiedener Funktionen. Zur Bewertung der relativen Effektivität der neu entwickelten Faltungsanalyse (Convolution Analysis) werden verschiedene etablierte PSD Methoden verglichen. Die analogen PSD Methoden Zero-Crossing Method, Charge Comparison Method und Pulse Gradient Analysis wurden in digitale Methoden konvertiert, um einen Vergleich mit anderen digitalen Methoden zu ermöglichen. Hierfür wurden die digitalen PSD Methoden Simplified Digital Charge Collection und die im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Convolution Analysis ausgewählt. Ein Vergleich des Neutronenanteils von Cf-252 zeigt die Vergleichbarkeit der Diskriminierung der Convolution Analysis zu etablierten PSD Methoden. Equivalent zum Vergleich der PSD Fähigkeit, wird auch die Energiebestimmung der Convolution Analysis mit bestehenden Methoden verglichen. Zum Vergleich wurden die Methoden Pulse Integration und Pulse Height Analysis herangezogen. Die konventionellen Methoden Pulse Integration und Pulse Height wurden digital implementiert. Vier verschiedene Varianten der Convolution Analysis wurden getestet, bei denen drei Varianten eine höhere Energieauflösung erreichten als die konventionellen Methoden. Um die Leistungsfähigkeit der Convolution Analysis für PSD und Energiebestimmung zu evaluieren, schließen Experimente mit hohen Zählraten diese Dissertation ab. Für die Energiebestimmung mittels Convolution Analysis wurden die zwei erfolgreichsten Varianten aus den Vorversuchen in Hardware implementiert und getestet. In einem ersten Experiment wurde das Gammaspektrum einer AmBe Quelle unter Neutronenstrahlung aufgenommen. In einem zweiten Experiment wurde das Verhalten von U-238 unter gepulster Neutronenstrahlung untersucht. Beide Experimente zeigen, dass die Convolution Analysis eine erfolgreiche Diskriminierung und Energiebestimmung von Pulsen unter hohen Zählraten ermöglicht.