35 Radioaktivnost i Detekcija Zracenja

Radioaktivnost i detekcija zračenja

Izradio:Velimir Karasman 2006./2007.

Radiaktivnost i detekcija zračenja 2

Sadržaj

• 1. Uvod• 1.1. Povijest otkrića ionizirajućeg zračenja

• 2. Ionizirajuće zračenje• 2.1. Radioaktivnost• 2.2. Prirodna radioaktivnost• 2.3. Umjetna radioaktivnost• 2.4. Čestično zračenje• 2.5. Elektromagnetsko zračenje

• 3. Mjerenje ionizirajućeg zračenja• 3.1. Uređaji za detekciju i mjerenje zračenj• 3.1.1. Vizualizatori tragova• 3.1.2. Dozimetri• 3.1.3. Brojači


Sadržaj

• 3.2. Geiger-Mϋllerovi brojači

3.2.1. Život G-M brojača• 3.2. Geiger-Mϋllerovi brojači

– 3.2.3. Efikasnost

• 3.3. Ionizacijska komora– 3.4.5. Primjena

• 3.5. Scintilioni brojači– 3.5.1. Proces luminiscencije

– 3.5.2. Karakteristike kristala

4. LITERATURA


1. Uvod

• Potkraj 19. stoljeća otkrivena je pojava koja je uvelike pridonijela upoznavanju atomske građe.

• Becquerel je radio s uranovim solima i otkrio da one emitiraju čestice, zračenje koje djeluje na fotografsku ploču. Daljnja istraživanja su pokazala da je to svojstvo urana.

• Počelo je detaljno proučavanje tog fenomena


• Ubrzo su pronađene tri vrste zračenja od kojih se jedno vrlo lako apsorbira, drugo dosta lako, a treće se uopće ne apsorbira

• Druga vrsta je pokazivala osobine negativno nabijenih čestica. Na treću vrstu nije djelovalo ni električno ni magnetsko polje.

• Pozitivno nabijene čestice su nazvane -čestice, one s negativnim nabojem -čestice, a neotklonjene zrake su nazvane -čestice. Slika1. prolaz zračenja kroz

magnetsko polje.


1.1. Povijest otkrića ionizirajućeg zračenja

• 1858.god. Julius Plücker je zapazio svjetlucanje razrijeđenog plina koji se nalazio između elektroda pod visokim naponom. On je uočio zrake koje su išle iz blizine katodne struje prema anodi, nazvao ih je katodnim zrakama.

• Wilhelm Hittorf, Villiam Crookes i drugi istraživači su dokazali da se katodno zračenje širi pravocrtno, velikim brzinama i da su to negativno naelektrizirane čestice.



• Eugen Goldstein 1881. god. prilikom istraživanja katodnog zračenja zapazio je vrstu zrake koja je u cijev išla u suprotnom smjeru od katodnog te je prolazila kroz otvore (kanale) u katodi

• J. Thompson 1897.god. je odredio omjer naboja i mase čestica katodnog zračenja, dok ih je Georg Francis Fitz Gerald nazvao elektronima



• W. C. Röntgen 1895 god. propuštajući katodno zračenje uočio je svjetlucanje kojem je uzrok pripisao nekom nevidljivom zračenju koje je izbijalo iz onih mjesta na koje je upadalo katodno zračenje

• Zračenje je vrlo prodorno, a oslabljuju ga tvari koje su velike gustoće. Röntgen ih je nazvao x-zrakama- rendgensko zračenje


2. Ionizirajuće zračenje

• Pod pojmom zračenje se podrazumijeva ionizirajuće zračenje

• Ionizirajuće zračenje se javlja kao posljedica promjene materije u mikrosvijetu. To su promjene energijskog stanja atoma ili sastava atoma i atomske jezgre, pri čemu se emitiraju fotoni (kvanti energije) ili elementarne čestice i to pojedinačno ili u skupinama

• Posljedice međudjelovanja tvari mogu biti korisne ali i štetne za čovjeka.


2.1. Radioaktivnost

• Radioaktivnost je pojava emitiranja ionizirajućeg zračenja u obliku brzih čestica ili fotona visokih energija, nastaje pri raspadu nestabilnih atomskih jezgri, tzv. radionuklida

• Prema porijeklu radionuklida radioaktivnost se dijeli na:

* prirodnu (emitiranje iz postojećih izvora u prirodi)

* umjetnu (emitiranje iz umjetno stvorenih radionuklida i njihovih nestabilnih potomaka).


2.2. Prirodna radioaktivnost

• Prirodna radioaktivnost je posljedica raspadanja prirodno nestabilnih nuklida.

• Prirodni radionuklidi se raspadaju na 3 načina , , . Prirodni radionuklidi su izotopi jezgara desetak posljednjih elemenata periodnog sustava. Dijele se u 3 niza:1) uranov -koji završava stabilnim olovom 2) neptunijev -koji završava stabilnim bizmutom3) torijev -koji završava stabilnim olovom

U23892U23892

U23892

U23892 Np23290 Np23290 Np23290

Np23290

Th23290

Pb20882

Bi20983

Pb20682


2.3. Umjetna radioaktivnost

• Umjetna radioaktivnost se još naziva pobuđena ili inducirana radioaktivnost, javlja se kao posljedica umjetno stvorenih radionuklida

• Umjetna radioaktivnost se postiže «bombardiranjem» nuklida teškim česticama poput protona, neutrona, -česticama.

• E. Rutherford je 1919.g.umjetnim putem, bombardirajući dušik -česticama, dobio kisik i proton.

nOHeN 10

178

42

147


2.4. Čestično zračenje

• Čestično ili korpuskularno zračenje nastaje raspadom atomske jezgre ili ubrzanjem čestica u električnom ili promjenljivom polju.

Karakteriziraju ga osnovna svojstva:– brzina– masa– količina gibanja– električni naboj– energija čestice– brzina čestice


2.5. Elektromagnetsko zračenje

• Elektromagnetsko zračenje nastaje prijelazom elektrona s više energijske razine na nižu energijsku razinu u elektronskom omotaču atoma, a zatim kočenjem brzih elektrona, te u nuklearnim procesima, općenito pri promjenama energijskog stanja u svijetu atoma.

Karakteriziraju ga osnovna svojstva:– brzina prostiranja– frekvencija– pripadna valna duljina energiji atoma


3. Mjerenje ionizirajućeg zračenja

• Čovjek zračenje može zapaziti samo posredno, preko pojava koje zračenje uzrokuje u tvarima

• Mjerenjem tih pojava, mjere se i pojedina svojstva zračenja.

• Prilikom djelovanja zračenja svaka pojava može poslužiti za zapažanje i mjerenje zračenja.


3.1. Uređaji za detekciju i mjerenje zračenja

• Indikatori ili detektori zračenja su najjednostavniji uređaji pomoću kojih se samo zapaža zračenje. Takvim uređajima se zapažaju pojedine čestice ili fotoni.

• Danas uređaje za detekciju i mjerenje zračenja razvrstavamo u 3 osnovne skupine: vizualizatori tragova, dozimetri , brojači


3.1.1. Vizualizatori tragova

• Vizualizatori tragova su uređaji pomoću kojih se privremeno ili trajno mogu vidjeti tragovi čestica ili fotona u tvari na temelju međudjelovanja.

• Takvi su uređaji radiografski stroj i Wilsonova komora


3.1.2. Dozimetri

• Dozimetri su uređaji koji mjere energiju koju je zračenje predalo nekoj tvari. U takve uređaje ubrajamo radiografski stroj koji mjeri zacrnjenje koje je uzrokovalo zračenje.

• Ionizacijske komore koje mjere ionizacijske struje ili električno pražnjenje. Luminiscentni slojevi koji mjere jakost svjetla koje je uzrokovalo zračenje, te kemijski dozimetri koji mjere nastale kemijske procese.


3.1.3. Brojači

• Brojači se katkad nazivaju detektori. Oni registriraju brojne pojedine naelektrizirane čestice ali i fotone -zračenja. Tu spadaju uređaji poput G-M brojača, scintilacijski brojač , poluvodički brojači

• Postoje još suvremeni brojači koji lokaliziraju mjesto gdje zračenje međudjeluje s tvari


3.2. Geiger-Mϋllerovi brojači

• Najosjetljiviji plinski detektor, daje najveći impuls. Čestica proizvodi par iona u aktivnom volumenu, te se dobije impuls 0.1-1 volta

Slika 2. Geiger Müllerov brojač


3.2.1. Život G-M brojača

• Život G-M brojača je određen disocijacijom molekula para. Pri svakom impulsu disocira se više milijardi molekula pare.

• Brojač počinje slabije raditi nešto prije nego što se sva para disocira, njegov život iznosi nekoliko milijardi impulsa.


3.2.3. Efikasnost

• Efikasnost je vjerojatnost da će se određena čestica registrirati.

• Efikasnost i čestica koje prođu kroz prozor G-M brojača je 100%, dok je kod –zraka manja od 2%.

• Razlog male efikasnosti kod detektiranja –zraka je taj što se njihovo detektiranje zasniva na foto i Comptonovim elektronima koji se izbace iz cilindra i plina.


3.3. Ionizacijska komora

• Ionizacijska komora je takva vrsta dozimetra koji mjeri posljedice ionizacije plina zračenjem.

• Građena je od 2 elektrode koje se nalaze u cijevi ispunjenoj nekim plinom koji ima ulogu mjerne tvari.

• Ionizirano zračenje prilikom prolaska kroz plin direktno ili posredno ionizira taj plin


3.4. Proporcionalni brojač

• Proporcionalni brojač daje impuls koji je razmjeran energiji koju čestica utroši u aktivnom volumenu.

• On se koristi za brojanje čestica zračenja, bez obzira na njihovu energiju ili da daje energetski spektar čestica.

• U proporcionalno brojaču ne dolazi do prostiranja lavina duž cijele žice kao kod G-M brojača


3.4.5. Primjena

• Proporcionalan brojač je pogodan za mjerenja -čestica.

• Brojač prebrojava i -čestice, kao spektrometar za -čestice obično ne služi.

• Brojač teško mjeri spektre nižih energija.• Kod mjerenja -zračenja bitno je da je

proporcionalni brojač punjen plinom, jer mu je efikasnost mala.

• Upotrebom teškog plina efikasnost može dostići 10%.


3.5. Scintilacijski brojači

• Scintilacijski brojači su otkriveni u ranim danima radioaktivnosti.

• Brojači se sastoje od 3 osnovna djela;– kristal– fotomultiplikator– elektronske aparature


3.5.1. Proces luminiscencije

• Luminiscirajući kristali se dijele u dvije grupe: organske i anorganske. – Luminiscencija kod organskih kristala je

molekulski proces. – Luminiscencija anorganskih kristala je kristalni

proces


3.5.2. Karakteristike kristala

• Efikasnost je dio energije koji potroši čestica prolaskom kroz kristal u obliku fotona. Nastoji se da efikasnost bude što veća.

• Vrijeme svjetlucanja je određeno vrijeme iza prolaza čestice dok traje emisija fotona. Vrijeme svjetlucanja treba biti što kraće

• Valna dužina emisije treba odgovarati valnoj dužini na koju su osjetljivi fotomultiplikatori

• Providnost za vlastito zračenje. Najvažniji i najčešće upotrebljavan je anorganski kristal NaI aktiviran talijem.


4. LITERATURA

– Zvonimir Jakobović, Ionizirajuće zračenje i čovjek. Školska knjiga, Zagreb (1991. god.)

– Savezna komisija za nuklearnu energiju, Radioaktivni izotopi i zračenja, Naučna knjiga, Beograd (1968. god.)

– Valerija Paić, Gay Paić, Osnove radijacione dozimetrije i zaštite od zračenja, Sveučilište u Zagrebu, Prirodoslovno-matematički fakultet – Zagreb (1983. god.)

Documents

35 Radioaktivnost i Detekcija Zracenja