Gama spektroskopie. Vojtěch Motyčka Centrum výzkumu Řež s.r.o.



Podobné dokumenty
Gama spektroskopie. Ústav jaderné fyziky AV ČR, Řež u Prahy. Konzultanti: RNDr. Vladimír Wagner, CSc. Ing. Ondřej Svoboda.

Měření pravděpodobnosti reakcí neutronů s materiály důležitými pro aktivační detektory neutronů

RADIOAKTIVITA KAP. 13 RADIOAKTIVITA A JADERNÉ REAKCE. Typy radioaktivního záření

Studium produkce neutronů v tříštivých reakcích a jejich využití pro transmutaci jaderného odpadu

Úloha 5: Spektrometrie záření α

Spektrometrie záření gama

Měření absorbce záření gama

1. Proveďte energetickou kalibraci gama-spektrometru pomocí alfa-zářiče 241 Am.

Aplikace jaderné fyziky (několik příkladů)

Rentgenová spektrální analýza Elektromagnetické záření s vlnovou délkou 10-2 až 10 nm

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení

Neutronové záření ve výzkumných reaktorech. Tereza Lehečková

Vlastnosti atomových jader Radioaktivita. Jaderné reakce. Jaderná energetika

Relativistická dynamika

Práce v radiochemické laboratoři - ověření zákonitostí radioaktivních přeměn

Jaderná energie Jaderné elektrárny. Vojtěch Motyčka Centrum výzkumu Řež s.r.o.

JADERNÁ FYZIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník

Letní škola RADIOAKTIVNÍ LÁTKY a možnosti detoxikace

8.1 Elektronový obal atomu

Nebezpečí ionizujícího záření

Jaderné reakce a radioaktivita

NEUTRONOVÁ AKTIVAČNÍ ANALÝZA S MĚŘENÍM ZPOŽDĚNÝCH NEUTRONŮ

A5M13VSO MĚŘENÍ INTENZITY A SPEKTRA SLUNEČNÍHO ZÁŘENÍ

Radioaktivita,radioaktivní rozpad

Dosah γ záření ve vzduchu

Radioaktivní záření, jeho druhy, detekce a základní vlastnosti

Mˇ eˇren ı ˇ cetnost ı (Poissonovo rozdˇ elen ı) 1 / 56

Radioterapie. X31LET Lékařská technika Jan Havlík Katedra teorie obvodů

1. STANOVENÍ RADIONUKLIDŮ - ZÁŘIČŮ GAMA - VE VZORCÍCH ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ

Příloha IV Odhady aktivit vybraných štěpných produktů

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

2. Atomové jádro a jeho stabilita

Rentgenfluorescenční analýza, pomocník nejen při studiu památek

VYBRANÉ DOSIMETRICKÉ VELIČINY A VZTAHY MEZI NIMI

Jaderná fyzika. Zápisy do sešitu

Biofyzikální chemie radiometrické metody. Zita Purkrtová říjen - prosinec 2015

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 7: Spektrum záření gama. Rentgenová fluorescenční spektroskopie. Abstrakt

1. Ze zadané hustoty krystalu fluoridu lithného určete vzdálenost d hlavních atomových rovin.

Životní prostředí pro přírodní vědy RNDr. Pavel PEŠAT, PhD.

212 a. 5. Vyzáří-li radioaktivní nuklid aktinia částici α, přemění se na atom: a) radia b) thoria c) francia d) protaktinia e) zůstane aktinium

Úloha 7: Spektrum záření gama; rentgenová fluorescenční spektroskopie

Atom jeho složení a struktura Tento výukový materiál vznikl za přispění Evropské unie, státního rozpočtu ČR a Středočeského kraje

VY_32_INOVACE_FY.17 JADERNÁ ENERGIE

VY_52_INOVACE_VK64. Datum (období), ve kterém byl VM vytvořen červen 2013 Ročník, pro který je VM určen

CZ.1.07/1.1.30/

Fotoelektrický jev je uvolňování elektronů z látky vlivem dopadu světelného záření.

VY_32_INOVACE_06_III./7._STAVBA ATOMOVÉHO JÁDRA

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

SBÍRKA ŘEŠENÝCH FYZIKÁLNÍCH ÚLOH

Měření přirozené radioaktivity na Vyšehradě

Stavba atomu. Created with novapdf Printer ( Please register to remove this message.

Spektrometrie záření gama

3. Radioaktivita. Při radioaktivní přeměně se uvolňuje energie. X Y + n částic. Základní hmotnostní podmínka radioaktivity: M(X) > M(Y) + M(ČÁSTIC)

Radioaktivita a radionuklidy - pozitivní i negativní účinky a využití. Jméno: Ondřej Lukas Třída: 9. C

Detekční trubice typu A ke geigeru ALPHA ix Kat. číslo

Posouzení přesnosti měření

FYZIKA ATOMOVÉHO JÁDRA

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

Úloha 4: Totální účinný průřez interakce γ záření absorpční koeficient záření gama pro některé elementy

Balmerova série vodíku

Praktikum III - Optika

Balmerova série. F. Grepl 1, M. Benc 2, J. Stuchlý 3 Gymnázium Havlíčkův Brod 1, Gymnázium Mnichovo Hradiště 2, Gymnázium Šumperk 3

Nebezpečí ionizujícího záření

ABSORPČNÍ A EMISNÍ SPEKTRÁLNÍ METODY

Chemie. Mgr. Petra Drápelová Mgr. Jaroslava Vrbková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou

1. Zadání Pracovní úkol Pomůcky

POPIS VYNÁLEZU K AUTORSKÉMU OSVĚDČENI. (Bl) (") ČESKOSLOVENSKA SOCIALISTICKÁ ( 19 ) (13) (SI) Int. Cl. 4. (22) Přihlášeno (21) PV

Využití radionuklidové rentgenfluorescenční analýzy při studiu památek

RADIOAKTIVITA RADIOAKTIVITA

Podivnosti na LHC. Abstrakt

Kateřina Fišerová - Seminární práce k předmětu Didaktika fyziky

Relativní chybu veličiny τ lze určit pomocí relativní chyby τ 1. Zanedbáme-li chybu jmenovatele ve vzorci (2), platí *1+:

STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOST

4.4.6 Jádro atomu. Předpoklady: Pomůcky:

Potřebné pomůcky Sešit, učebnice, pero

Identifikace typu záření

4. Stanovení teplotního součinitele odporu kovů

ELT1 - Přednáška č. 6

Elektroenergetika 1. Jaderné elektrárny

rezonanční neutrony (0,5-1 kev) (pojem rezonanční souvisí s výskytem rezonančních maxim) A Z

R10 F Y Z I K A M I K R O S V Ě T A. R10.1 Fotovoltaika

8.STAVBA ATOMU ELEKTRONOVÝ OBAL

Struktura atomů a molekul

Dualismus vln a částic

1. Kvantové jámy. Tabulka 1: Efektivní hmotnosti nosičů v krystalech GaAs, AlAs, v jednotkách hmotnosti volného elektronu m o.

Elektrostatické pole. Vznik a zobrazení elektrostatického pole

STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOST

2.6. Koncentrace elektronů a děr

Atomové jádro Elektronový obal elektron (e) záporně proton (p) kladně neutron (n) elektroneutrální

Jaroslav Reichl. Střední průmyslová škola sdělovací techniky Panská 3 Praha 1 Jaroslav Reichl, 2017

Test z radiační ochrany

Externí detektory k monitoru kontaminace CoMo 170


Radiologická klinika FN Brno Lékařská fakulta MU Brno 2010/2011

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. Praktikum z pevných látek (F6390)

1 Měření na Wilsonově expanzní komoře

Základy spektroskopie a její využití v astronomii

POKUSY VEDOUCÍ KE KVANTOVÉ MECHANICE II

Transkript:

Gama spektroskopie Vojtěch Motyčka Centrum výzkumu Řež s.r.o.

Teoretický úvod ke spektroskopii Produkce a transport neutronů v různých materiálech, které se v daných zařízeních vyskytují (urychlovačem řízené transmutory nebo jaderné reaktory) můžeme zkoumat pomocí malých vzorků různých materiálů - malé detektory neutronů Ty se vloží do sestavy a díky reakcím neutronů s atomovými jádry vznikají radioaktivní jádra Tuto metodu lze použít, chceme-li zjistit obsahy prvků v neznámé látce Složení neznámé látky lze určit i z velmi malého množství látky Musíme znát přesný neutronový tok (přímo v AZ nebo na výstupu HK nebo NZT kolony) Po ozáření látky je umístěna pod detektor záření (spektrometr), který funguje na principu změny energie, kterou s sebou nese záření

Teoretický úvod ke spektroskopii Detektor záření je připojen do elektrického systému na jeho konci počítač zobrazuje získaná data Detektor při měření musí být nastaven tak, aby dělal co nejmenší chyby Mezi hlavní cíle této práce patří: 1) Určit jak je ovlivněn výsledek měření, tím že měřené vzorky nejsou bodové, ale plošné (tvar čtverce 2x2 cm) 2) Poznat o jakou látku se jedná 3) Ověřit zda se naměřené hodnoty shodují s výsledky, které se dají získat ze simulačních programů??? Otázky??? 1) Můžeme používat simulační programy bez dalších korekcí 2) Jak se liší naměřené výsledky bodového a plošného zářiče

Příprava radioaktivních vzorků Připravit několik vzorků z jednoho materiálu (pro více měření můžeme zvolit i více materiálů, které chceme zkoumat) Nejvhodnější materiál pro měření: 197 Au (zlato) Ze stabilní izotopu zlata se stane radioaktivní izotop 198 Au velice snadno Rozumné energie záření gama Relativně vysoká intenzita gama linky Dvě možnosti přípravy radioaktivních vzorků: 1) Ozáření v jaderném reaktoru moderovanými neutrony s nízkou hodnotou energie = známe hustotu a energii neutronů 2) Využití urychlovače cyklotron = relativně homogenní pole

Ozáření vzorků v reaktoru LVR-15 Ozařujeme fólii a vzorek o velmi malých rozměrech (2x2 cm), aby mohl být později považován za bodový zdroj záření Při ozařování fólie musíme zajisti to, aby byla ozářena homogenně Pro bodový zdroj je důležitá jeho intenzita Tok neutronů v LVR-15 je značně velký a potřebného ozáření dosáhneme do 60 sekund Vložení vzorku do potrubní pošty Pro plošný zdroj můžeme využít ozáření v cyklotronu nebo v HK1 Pro ozařování plošného zdroje použijeme 2 fólie: 1. Je ozařována ze strany horizontal (horizontální poloha vůči podlaze) 2. Je ozařována ze strany veritcal (vertikální poloha vůči podlaze)

Ozáření vzorků v reaktoru LVR-15 Detektor zapojený do elektrického obvodu zachycuje energii záření gama Reakce fotonu gama přenese tuto energii na elektron a ten pomocí ní vytvoří nosiče náboje Ty způsobí v obvodu proudový impuls, který je zesílen a pomocí konvektoru převeden na digitální signál a do počítače Měřené vzorky jsou často jen slabě radioaktivní, proto je vzorek umístěn v boxu, který je z vnější strany tvořen olovem Záření gama je v proudu v jeho amplitudě zakódována V počítači speciální program udělá dobře čitelné spektrum záření se kterým dále pracujeme (formát.cnf)

Ozáření vzorků v reaktoru LVR-15 Poté se měření každá strana zvlášť Měření both, při kterém se obě strany měří zároveň Měření u plošného zdroje probíhá 3x ze 2 ozářených vzorků Po ozáření začnou vzorky produkovat záření gama, proto jej musíme vložit do blízkosti polovodičového detektoru a začít měření Oba typu zdrojů se proměřují v různých vzdálenostech od detektoru Vzdálenosti jsou: 15, 23, 33, 53, 70, 93, 173 [mm] Pro měření symetrie měřících schopností detektoru: Vzdálenosti: 2, 5, 8, 11, 14, 17, 20 [mm] plošný zdroj Vzdálenosti: 3, 6, 9,.27, 30 [mm] bodový zdroj

Prováděné výpočty Pomocí detektorů se snažíme určit, kolik fotonů záření gama se vyzáří z měřeného vzorku Pomocí softwaru Deimos32 získáme spektrum záření, kterém umístíme do tabulky a zjistíme, že izotop 198 Au má tyto energie při hodnotách 411,802 kev; 675,884 kev; 1087,684 kev Píky ve spektru záření gama záření budeme tedy hledat při těchto hodnotách Nalezneme-li daný pík, označíme jej a program automaticky vytvoří Gaussovu křivku, pomocí které se snaží co nejvíce připodobnit tvar píku této křivky Výsledky uložíme do tabulky Z tabulky se poté získají finální data o ploše zobrazeného píku Tabulka také vypíše přesnou energii vyzařovaného záření gama

Prováděné výpočty V zásadě se hodnoty neliší od tabulkových hodnot více jak o 0,4 kev Tento postup se dělá pro každé spektrum a pro každý ozářený materiál Všechny hodnoty měření vepisujeme do jiných tabulek (pro každé měření jinou) Hodnoty obvykle zapisujeme do tabulkového kalkulátoru MS Excel Po kompletní analýze dostaneme tabulku z velkým množstvím údajů Jelikož se vzorek měří v jednotlivých vzdálenostech postupně, ubíhá čas a tím i zanikají radioaktivní jádra ΔN změna rozpadlých jader za dobu Δt ʎ - rozpadová konstanta, která uvádí pravděpodobnost, že se za jednotku času rozpadne právě jedno jádro (jádra ubývají znaménko záporné)

Prováděné výpočty Po úpravě předchozího vzorce dostaneme vzorec: Rozdíl počtu jader mezi začátkem a koncem měření: Tento vzorec se upraví na: Při výpočtech nesmíme zapomenou na různé korekce vzorce, aby výtěžek byl nezávislý na dalších jevech: 1. Účinnost detektoru - ε p 2. Intenzita linky - I γ 3. Hmotnost vzorku m 4. Korekce mrtvého času - t dead

Prováděné výpočty Při porovnávání bodového a plošného zdroje platí, že čím menší zdroj tím menší jsou nepřesnosti Zároveň také platí, že čím větší vzdálenost od detektoru tím větší je nepřesnost Vzorec pro výpočet relativní chyby: A n naměřená hodnota ΔA n chyba naměřené hodnoty Získané spektrum neobsahuje pouze píky vyzařovaného vzorku, ale i gama linky z rozpadu jader v okolním prostředí

Prováděné výpočty Na všech korekcích a úpravách vzorce dostaneme: Z tabulky programu Deimos32 víme relativní chybu Gaussovy křivky, jsme tedy schopnu spočítat absolutní chybu počtu neutronů vlivem nepřesného přiblížení křivky k danému píku: ΔX relativní chyba udávána v % N výtěžek neutronů

Výsledky a grafy Závislost poměru naměřené aktivity plošného a bodového zdroje se stejnou aktivitou na vzdálenost zdrojů od detektoru

Výsledky a grafy Závislost změn efektivity na posunu vůči středu zleva doprava 411 kev

Výsledky a grafy Závislost změn efektivity na posunu vůči středu zepředu dozadu

Přílohy

Přílohy Detektor zde již umístěn v olověném obalu Schéma provádění měření pro plochý a pro bodový náboj

Přílohy Vzorky fólii používané pro stejné účely gama-spektrometrie Elektronika zaznamenávající impulsy z detektoru

Naše spektra Kalibrace spektrometru pomocí etalonového zářiče

Kalibrace etalonovým zářičem Kalibrace gama-spektrometru pomocí etalonového zářiče Zjištění správné funkčnosti přístroje Hlavní píky: Nuklid Aktivita (kbq) T ½, dny 241 Am 56.9 157800 57 Co 50.1 271.26 60 Co 53.12 1925.4 137 Cs 51.19 11019 88 Y??? 54.19??? 106.6???

Naše spektra Neznámý kovový váleček známe jeho složení???

Zjišťování složení neznámého válečku Váleček neznámého původu o délce 2mm a průměru do 1mm Zjištění přibližného složení podle spektrometru Ve vyšších energetických hladinách musíme počítat s přesností píku ± 1,3 2,0 kev Doba expozice: 15 minut, zač. 12:07, konec: 12:23 Zanedbání 56 Mn původ v samolepící pásce Hlavní píky vytvořili tyto radionuklidy: Nuklid 56 Mn 116 In 69 Zn

Naše spektra Thoriová punčoška pod gama-spektrometrem

Naše spektra Thoriová punčoška pod alfa-spektrometrem

Zjišťování složení thoriové punčošky Thoriová punčoška používána ve starých lampách veřejného osvětlení Zjištění přibližného složení podle spektrometru Ve vyšších energetických hladinách musíme počítat s přesností píku ± 1,3 2,0 kev Doba expozice: 32 minut, zač. 12:40, konec: 13:13 Zanedbání 56 Mn původ v samolepící pásce Hlavní píky vytvořili tyto radionuklidy: Nuklid 212 Pb 165 Dy 239 U Nuklid 146 Ga 194 Ir 129 Te

Naše spektra Ozářený smolinec výroba plutonia ( 239 Pu) a uranu ( 235 U)

!! Zjišťování složení smolince výroba plutonia!! Vzorek smolince rudy ze které se získává uran Zjištění přibližného složení podle spektrometru Ve vyšších energetických hladinách musíme počítat s přesností píku ± 1,3 2,0 kev Doba expozice: 32 minut, zač. 12:40, konec: 13:13 Zanedbání 56 Mn původ v samolepící pásce Hlavní píky vytvořili tyto radionuklidy: Nuklid 214 Pb 239 U 235 U Nuklid 239 Np 110 Ag 214 Bi Nuklid 214 Pb 132 Te 176 Lu

Konec??? Nějaké otázky???