23
Merenje i detekcija radioaktivnog zračenja Detektori radioaktivnog zračenja – uređaji koji omogudavaju detekciju i merenje RAZ. Satoje se iz 2 dela: 1. detektor u užem smislu u kome delovanje zračenja na metriju izaziva neki fizičko hemijski proces 2. pomočnih elektronskih uređaja koji mere promene iazazvane u detektoru

Merenje i detekcija radioaktivnog zračenja

  • Upload
    others

  • View
    15

  • Download
    1

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Merenje i detekcija radioaktivnog zračenja

Merenje i detekcija radioaktivnog zračenja

• Detektori radioaktivnog zračenja – uređaji koji omogudavaju detekciju i merenje RAZ.

• Satoje se iz 2 dela:

• 1. detektor u užem smislu u kome delovanje zračenja na metriju izaziva neki fizičko hemijski proces

• 2. pomočnih elektronskih uređaja koji mere promene iazazvane u detektoru

Page 2: Merenje i detekcija radioaktivnog zračenja

• Prilikom detekcije uvek dolazi do r-cije između zračenja i materije, pri čemu nastaju razni efekti:jonizacija, toplotni efekat, svetlosni efekat.

• Zato postoje i različiti detektori:

• 1. Jonizacione komore

• 2. Geiger-Müller-ov brojač

• 3. Wils-onova komora ili maglena komora

Page 3: Merenje i detekcija radioaktivnog zračenja

• Wilsonova komora je najstariji uređaj kojim je bilo mogude dokazati alfa zračenje i odrediti njegov domet.

• Helmholc je pokazao da dolazi do pojave jona u gasovima koji su presideni vodenom parom električ pražnjenja sa šiljkova koji deluju kao kondenzaciona jezgra.

Page 4: Merenje i detekcija radioaktivnog zračenja

• U vazdušnom (gasnom) prostoru komore zasidenim vod parom, prsidenje parom nastaje adijabatskim rashlađivanjem- klip se pomeri unazad i poveda se zapremina.

• Tako, ako alfa-čest ulazi u gasni prostor ona duž svoje putanje proizvodi jone i prouzrokuje nastajanje jedne maglene pruge

• Ona naglim osvetljavanjem u odnosu na tamno polje omogudava da se direktno fotografiše i vidi putanja usporene alfa- čestice.

Page 5: Merenje i detekcija radioaktivnog zračenja

• Broj proizvedenih jona duž putanje je veliki i različit i zavisi od prirode zračenja.

• Oko 2500 jonizacacionih parova do 7000 na kraju putanje

• 1 alfa –zrak daje više jonova/cm putanje

• 1proton H-zrak daje više od 1β-zraka.

Page 6: Merenje i detekcija radioaktivnog zračenja

• Tako se duž alfa putanje taloži najvedi br maglenih kapljica-pojavljuju se kao debela crta pri fotografskom snimanju.

• Protoni (H-čestice) preslikavaju se kao tanje crte i e- kao sasvim delikatne mnogostruko prelomljene linije

• Po izgledu putanje može se znati priroda člestica.

Page 7: Merenje i detekcija radioaktivnog zračenja

Jonizaciona komora

• U njoj se sakupljaju joni koje oslobodi jonizujuda čestica.

• Sakupljanjem jona proizvodi se el impuls koji signalizuje prolaz čestice.

• Signal se prenosi u električni deo koji ga obrađuje i detektuje.

• Sakupljanje jona i stvaranje početnog impulsa traje određeno vreme.

• Vreme može biti kratko i dugo.

Page 8: Merenje i detekcija radioaktivnog zračenja

• Kratko vreme – impulsni tip komore

• Dugo vreme – integralni tip komore.

• Impulsni tip daje broj čestica i njihovu E – može poslužiti kao spektrometar.

• Za alfa čestice dimenzije komore nisu velike, jer njihov domet u vazduhu je do 10 cm.

• Zato se ove komore upitrebljavaju za spektroskopiju alfa čestica.

• Beta čestice su prodornije sa dometom od 1m pa su dimenzije komore vede, ali se ne koriste.

Page 9: Merenje i detekcija radioaktivnog zračenja

• Intergralna komora – daje ukupni efekat koji proizvodi neki fluks zračenja.

• Meri se ili struja ili pad napona u nekom vremenskom intervalu.

• Komora meri ukupan br jona koje zračenje oslobađa u aktivnoj zapremini

• Srazmeran je E koju je zračenje oslobodilo.

Page 10: Merenje i detekcija radioaktivnog zračenja

• Intergralne jonizacione komore – pune se vazduhom na Atm pritisku (mogu se upotrebiti i dr gasovi i pritisci)

• Veličina im se krede od cm do m.

• Struje u komorama mogu da se kredu od 10–16 do 10–6 A.

• Dva instrumenta bez kojih se danas ne prilazi izvorima zračenja su džepni dozimetar i monitor.

Page 11: Merenje i detekcija radioaktivnog zračenja

Gajger Milerov brojač

• najveda osetljivost

• daje najvedi impuls

• Najjeftiniji

• GMB meri impuls isti za sve čestice - ne može da radi kao spektrometar

• Ne može da odredi tip zračenja meri ukupno zračenje.

Page 12: Merenje i detekcija radioaktivnog zračenja

• GMB ima cilindričnu simetriju

• Metalni cilindar služi kao katoda

• Kroz čiju osovinu prolazi žica od nerđajudeg čelika ili W debljine 0,02-0,2 mm.

• Za merenje neprodornog zračenja alfa i beta koristi se zvonasti oblik sa tankim prozorom od liskuna ili plastičnih materijala čija se debljina krede od 1-5 mg/cm2.

Page 13: Merenje i detekcija radioaktivnog zračenja

• Brojač je napunjen gasnom smešom 80-90% plemenitog gasa (Ar)

• Ostatak su pare alkohola , etra ili dr.organskih supstanci čiji molekuli imaju vedi br atoma.

• U novije vreme se umesto org supstanci upotrebljavaju halogeni elementi.

• Napon za brojače punjene organskim parama je oko 1000 V a halogenim elem oko 200V

Page 14: Merenje i detekcija radioaktivnog zračenja

• Kada zračenje ulazi u cev ono jonizuje gas u cevi, stvara jone i slobodne e-.

• e- se brzo kredu i sudaraju sa molek gasa izbacujudi nove e-.

• Tako dolazi do naglog umnožavanja br jona.

• Pošto je proces sličan formiranju lavine – naziva se Towns end-ova lavina.

• Po britanskom fizičaru koji je detaljnije proučavao ovu pojavu.

Page 15: Merenje i detekcija radioaktivnog zračenja

• Brzina prenošenja lavine je oko 107 cm/sec

• Tako se za milioniti deo sec joni rasprostiru duž cele žice.

• Iza e- ostaje oblak poz + jona znatno sporijih tako da je žica obavijena gustim oblakom +jona.

• Žica je pozitivna – oblak deluje kao elektrostatička zaštita

• Zbog toga električno polje oko žice oslabi toliko da lavine ne mogu više da se formiraju

Page 16: Merenje i detekcija radioaktivnog zračenja

• Fukcionisanje GMB zavisi od primenjenog napona.

• Kriva koja pokazuje zavisnost impulsa od napona data je na slici Predavanja 39 radioakt.

• Plato na slici treba da bude što duži i ravniji.

• Kvalitet mu zavisi od čistode gasne smeše.

Page 17: Merenje i detekcija radioaktivnog zračenja

Efikasnost brojača • Definiše se kao verovatnoda da de čestica biti

detektovana ako je dospela unutar brojača.

• Za alfa i beta- čestice je 100%

• Za gama –zračenja je manja oko 2%.

• Zbog široke primene jonizujudeg zračenja u različitim naučnim oblastima predloženo je nekoliko jedinica za DOZU ili količinu apsorbovane E.

• Energija oslobođena po jedinici materije definiše se kao DOZA.

Page 18: Merenje i detekcija radioaktivnog zračenja

Jedinice • RAD jedinica za apsorbovanu dozu u cgs sistemu

• 1rad = apsorbovana E od 100 erg po g supstance

• 1erg = 10-7 J

• 1rad =10-2 Greya Gy

• Apsorbovana doza (J/kg) m2/s2

• 1rad = 10-5 J/kg

• 1rad = 6,24 eV/g (1 eV = 1,602 10-19 J)

• Ako je meta tečna supstanca gustine ro

• 1rad = 6,24 1013 ρeV/g

Page 19: Merenje i detekcija radioaktivnog zračenja

• GREJ Gy –jedinica apsorbovane doze u SI sitemu

• 1Gy = 1 J/kg = 100 rad

• Jedinice za brzinu apsorbovane E ili jačinu doze rad/s ili Gy/s.

Page 20: Merenje i detekcija radioaktivnog zračenja

• RENDGEN

• R jedinica za ekspozicione doze u cgs koja se najčešde u fizici koristi,

• Zasniva se na stabilnosti zračenja da jonizuje vazduh.

• Definiše se kao ona doza koja u cm3 suvog vazduha pri N.U. (=0,001293 g) proizvede toliko jona da nose 1 esj (elektrostatičku jedinicu) elektriciteta bilo kog znaka.

• 1R (vazduha) = 0,87 rad = 8,7 mGy

Page 21: Merenje i detekcija radioaktivnog zračenja

• Jedinica ekspozicione doze u sistemu SI je C/kg

• 1 C/kg= 3,87·103 R

Page 22: Merenje i detekcija radioaktivnog zračenja

• RBE Realtivna Biološka Efikasnost date vrste zračenja

• RBE =1 za x-zrake, gama –zrake i beta-čestice

• RBE =2,5 za termalne neutrone

• RBE = 10 za alfa čestice, brze n i p

• Umesto RBE u SI sistem uveden je Q-faktor koji ima iste vrednosti isto značenje kao RBE.

Page 23: Merenje i detekcija radioaktivnog zračenja

• REM

• Röntgen Equivalent Mannual (rem)

• Ekvivalent rendgen za sisare ili čoveka

• REM je proizvod RBE rad i predstavlja jedinicu ekvivalentne doze u sistemu cgs.

• SIVERT

• Sv jedinica u SI sistemu za ekvivalent doze.

• 1Sv = Q Gy = 100 rem