Curs 8 - Dispozitive de Iradiere 2 of 2

7/27/2019 Curs 8 - Dispozitive de Iradiere 2 of 2

1/30

CURS 8

5. Dispozitive de iradiere 2/2

Lect.dr. Arina Modrea


2/30

5.2. Acceleratorii de particule

O categorie important a dispozitivelor generatoare de radiaii nucleare o

reprezintacceleratorii de particule ncrcate.Aceste dispozitive permit transferul de energie cinetic unui fascicul de particulencrcate (protoni, deuteroni, particule , ioni grei, etc.) prin aplicarea unui cmpelectric cu scopul de a produce reacii nucleare.Energia minim a particulelor ncrcate necesar pentru a genera reaciinucleare, trebuie sdepeasc valoarea barierei de potenial coulombian al

sistemului nucleu int-nucleu proiectil.Serealizeaz prin urmare, reacii nucleare sau fascicule secundare de particule,care pot fi folosite n generarea altor procese nucleare.

Fasciculele de particule ncrcate dintr-un accelerator, au trei caracteristicieseniale:

(i)particulele componente ale fasciculului au energie cinetic mult mai

mare dect energia termic,(ii)particulele au o mprtiere mic n energie;

(iii) fasciculul de particule se mic preponderent ntr-o singura direcie.

Aceste caracteristici se realizeaz ca urmare a efectului forelor electromagnetice,prin componentele electrice i magnetice asupra sarcinilor aflate n micare care

determin toatefenomenele de accelerare i transport.


3/30

Exist mai multe moduri de clasificare a acceleratorilor de particule i anume:

(a) dup modul de accelerare acceleratorii de particule pot fi electrostatici i

electromagnetici.

(b) dup forma traiectoriei particulelor accelerate, acceleratorii pot fi liniarisau

ciclici.

(c) dup tipul particulelor accelerate, acceleratorii pot fi specifici unei anumite

categorii de particule.Astfel exist acceleratori de electroni (betatroane), deprotoni sau de ioni grei.

(d) dup energia particulelor accelerate acceleratorii de particule pot fi de energiemedie(pn la energii de ordinul zecilor de MeV/nucleon), de energie nalt(energii de ordinul sutelor de MeV/nucleon) i de energie foarte nalt (energii deordinul GeV/nucleon).


4/30

Variaia energiei cinetice:

Condiia de stabilitate a particulei pe traiectorie impune ca

Raza traiectoriei particulei:


5/30

5.2.1. Acceleratori n cascad (Crockcroft-Walton)


6/30

Generatorul de neutroni

Una dintre utilizrile importante a acceleratorilor Crockcroft Walton, este cea deproducere a neutronilor monoenergetici.

Producia de neutroni per particul proiectil poate ficalculat cu relaia:


7/30


8/30

5.2.2. Acceleratori electrostatici (van de Graaff)


9/30


10/30

5.2.3. Ciclotronul


11/30

Frecvena:

Dac tensiunea de nalt frecven aplicat celor doi duani are o frecven deoscilaie egal cufrecvena de rotaie a sarcinei i i schimb semnul dup operioad:

Energia cinetic maxim va fi:


12/30

5.2.4. Betatronul

Construit de Donald Kerst n 1940 la Universitatea Ilinois (SUA), betatronul, este unaccelerator ciclic de electroni.

La baza funcionrii acestui tip de accelerator st legea induciei electromagnetice.

Accelerarea prin inducie electromagnetic, const n aciunea unui cmp electric cu liniilede cmp circulare inchise, asupra fasciculului de electroni aflai n micare.

Pentru a fi accelerai, electronii parcurg otraiectorie circular, pe care execut de un numrfoarte mare de rotaii.

Perpendicular pe planul traiectoriei, exist un cmp magnetic variabil n timp cu o anumitconfiguraie spaial care permite att accelerarea electronilor ct i ghidarea lor, astfel ncttraiectoria lor s se afle n permanen n lungul liniilor de cmp electric.

Datorit variaiei n timp a cmpului magnetic, ia natere un camp electric de inducie(rotaional) tangent tot timpul la traiectoria parcurs de electroni, care conduce la cretereaenergiei lor cinetice (accelerarea acestora).

Stabilitatea valorii razei traiectoriei circulare, este asigurat de faptul c, pe masur cecreteenergia cinetic a electronilor, crete i intensitatea cmpului magnetic director.


13/30


14/30

Cmpul electric de inducie creat de un cmp magnetic:

(t, ti)

Densitatea medie de flux magnetic:


15/30

Fora electric care acioneaz asupra unui electron este dat de:

Prin integrare se obine impulsulp al electronului:

Ctigul de energie cinetic maxim va fi:

Dac inducia cmpului magnetic se exprim n Tesla, iar raza traiectorieielectronilor n metri, atunci energia maxim se scrie:


16/30

5.2.5. Acceleratorul liniar (LINAC)


17/30

Propus n 1925 de ctre G. Ising, acceleratorul liniar (LINAC) are ca principiu defuncionareaciunea cmpurilor electrice variabile n timp asupra sarcinii electrice.

Acesta const dintr-o serie de tuburi de accelerare de mrimi cresctoare numitetuburi de drift, astfel c n parcurgerea traiectorieiliniare, viteza particuleleor creten aa fel nct punctele de pe traiectorie n care acioneaza cmpul electric segsesc la intervale din ce n ce mai mari.

Aadar, accelerarea sarcinilor se face ciclic, pe otraiectorie liniar.

Condiia ca sarcina s fie n faz cu polatitatea cmpului, conduce la:


18/30

Dac se ia n considerare i efectul relativist, se poate arta c:

unde

Energia cinetic ctigat de particuldup ce strbate n tuburi de drift va fi:


19/30

5.3 Tuburi generatoare de radiaii X

Un dispozitiv (generator) de radiaiiXconst dintr-un tub sau mai multe tuburiRoentgen i oserie de componente de analiz, control i comand a regimuluide funcionare.

n general, o surs de radiaiiX, trebuie s ndeplineasc dou cerinefundamentale i anume:

(i) o putere de radiaie controlabil pe o plaj ct mai mare de energie;

(ii) o colimare ct mai buna fasciculului de radiaie.


20/30


21/30


22/30

5.3.1. Spectrul radiaiei X


23/30

Spectrul continuu al radiaiei Xsau spectrul de frnare (bremstrahlung) se

datoreteinteraciunii electronilor cu structura catodului. Pierderea de energie aunei sarcini q care are viteza v(v


24/30

Energia maxim de accelerare:

Lungimea de und minim:

Intensitatea spectral total, integrat dup toate lungimile de und ale radiaieiX,este dat derelaia:

ntruct intensitatea spectral, este dat de natura elementului Zexprimat prin relaia:


25/30

Intensitatea spectral:

Randamentul tubului (coeficientul de emisie), este dat de relaia:

unde

Fraciunea din energia electronilor convertit n radiaieXde frnare este dat derelaiasemiempiric:


26/30

Spectrul caracteristic.

Peste o anumit valoare a energiei cinetice a electronilor incideni, suprapuspeste spectrul continuu, apare un spectru de linii, numit spectru caracteristic.

Poziionarea liniilor nspectru, este dependent de natura catodului i ca

urmare emisia radiaiilorXeste un proces la nivel atomic.

Apariia spectrului caracteristic, este un proces determinat de tranziiileelectronice care au loc ntre nivelele energetice ale structurii atomice.


27/30


28/30

Energiile nivelelor ntre care se fac tranziiile sunt date de:

Energia cuantei emise, ca urmare a tranziiei, este dat de diferena dintreenergiile nivelelor respective:

Numrul de und corespunztor va fi (relaia lui Moseley):


29/30

Rata tranziiilor radiative de la o stare iniial i la alta final f, este dat de:

Sunt premise numai tranziiile care respect regulile de selecie, adic:


30/30

V MULUMESC PENTRU ATENIE

Documents

Curs 8 - Dispozitive de Iradiere 2 of 2