merenje i detekcija radioaktivnog zračenja
TRANSCRIPT
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
• 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
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
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.
• 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.
• 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.
• 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.
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.
• 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.
• 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
• 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.
• 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
• 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.
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.
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
• 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.
• 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
• Jedinica ekspozicione doze u sistemu SI je C/kg
• 1 C/kg= 3,87·103 R
• 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.
• 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