Exploratie bèta-gamma coïncidentiedata in kader van de verificatie van het kernstopverdrag

Het kernstopverdrag bant kerntestexplosies voor iedereen en overal (boven- en ondergronds en onder water). Kerntestexplosies vormen een essentiële stap in de ontwikkeling van nucleaire wapens en zo draagt het verdrag bij tot de non-proliferatie, maar ook het voorkomen van de verdere ontwikkeling, van deze massavernietigingswapens.

Het kernstopverdrag, ondanks grote wereldwijde steun, is nog niet in voege. Desondanks werd er een organisatie opgezet: de “preparatory commission for the Comprehensive nuclear-Test-Ban Treaty Organization (CTBTO)” ter voorbereiding van de inwerkingtreding van het verdrag. Een belangrijke taak is het uituitbouwen en beheren van een verificatie regime om te garanderen dat geen enkele test ongezien kan plaatsvinden.

Sinds 1996 wordt hiervoor een wereldwijd netwerk uitgebouwd van hypergevoelig apparatuur voor de detectie van bevingen (aard-, lucht en water) en radioactiviteit in de lucht. Het netwerk is al grotendeels gerealiseerd en er worden al enkele decennia data verzameld. Zo werden bv. de ondergrondse kerntestexplosies uitgevoerd door Noord-Korea door het netwerk opgepikt. Wereldwijd werken heel wat wetenschappers aan het verbeteren van de detectietechnieken en worden de data door wetenschappers gebruikt, niet alleen voor het opsporen van kerntesten, maar in een verschillende onderzoek domeinen.

Ook het SCK CEN werkt hieraan mee en is technisch/wetenschappelijke partner van het Belgische Nationale Data Centre dat de data analyseert en interpreteert.

Voor de detectie van radioactiviteit in de lucht wordt gebruik gemaakt van 2 soorten systemen: edelgassystemen en stations die deeltjes/aerosolen waaraan radioactieve atomen gebonden kwantificeren.

Edelgassen en met name radioactieve xenon isotopen zijn een ideale tracer om de nucleaire oorsprong van een explosie te achterhalen. De edelgassystemen maken gebruik van een combinatie van bijzonder inventieve gasbehandelingstechnieken om het xenon uit de lucht te halen en stralingsmetingen om de radioactieve isotopen in het xenonmonster te analyseren. Voor dit laatste wordt een speciale techniek gebruikt namelijk bèta-gamma coïncidentiemetingen om de verschillende radioactieve xenon isotopen te kunnen onderscheiden en de natuurlijke stralingsachtergrond sterk te onderdrukken. Hierbij worden in het verval van de radioactieve xenon isotopen enkel events geregistreerd wanneer er (bijna) gelijktijdig een elektron en een gamma of X-ray (foton) wordt gemeten. De energie van het elektron en foton wordt bovendien geregistreerd en zo kan dus een 2 D plot gemaakt worden van de foton energie i.v.f. de elektron energie. Uit deze plot kunnen dan door in bepaalde gebieden te kijken en correcties uit te voeren de hoeveelheden van de verschillende radioactieve xenon isotopen bepaald worden. De focus bij de detectie ligt het onderscheiden van de verschillende isotopen. Dit omdat verhoudingen tussen de isotopen ons extra informatie kunnen bezorgen. Maar, detecties liggen (vaak) net rond of onder de detectielimiet en dus zouden we in deze stage willen exploreren of een gecombineerde meting (gross) van alle radioactieve xenon isotopen samen een statistisch zinvol signaal kan geven. Een dergelijke studie draagt ook bij tot het beter leren kennen van de invloed van achtergrondstraling.

In deze stage ligt de focus op data-analyse. Daarnaast kan de stagiair een overzicht krijgen in de andere onderzoeks- en analysetechnieken in het kader van het werk dat op SCK CEN gedaan wordt ter verificatie van het kernstopverdrag.