oddziaŁywanie promieniowania z materiĄ
DESCRIPTION
ODDZIAŁYWANIE PROMIENIOWANIA Z MATERIĄ. TADEUSZ HILCZER. Plan wykładu. Wprowadzenie Podstawowe pojęcia Zderzenie i rozproszenie Przewodnictwo materii Naturalne źródła promieniowania jonizującego Oddziaływanie promieniowania jonizującego bezpośrednio - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
ODDZIAŁYWANIEPROMIENIOWANIA
Z MATERIĄ
TADEUSZ HILCZER
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 2
Plan wykładu
1. Wprowadzenie2. Podstawowe pojęcia3. Zderzenie i rozproszenie4. Przewodnictwo materii5. Naturalne źródła promieniowania jonizującego6. Oddziaływanie promieniowania jonizującego bezpośrednio 7. Oddziaływanie promieniowania jonizującego pośrednio8. Źródła promieniowania jonizującego9. Pole promieniowania jonizującego10.Detekcja promieniowania11. Skutki napromieniowania materii żywej12. Dozymetria medyczna13. Ochrona przed promieniowaniem14. Osłony przed promieniowaniem
DETEKCJA PROMIENIOWANIA
Detektor
• detektor – urządzenie do wykrycia określonego zjawiska
• każdy detektor ma określone możliwości pomiarowe, wynikające z jego zasady działania, użytych materiałów i urządzeń.
• nie istnieje zasada, na podstawie której można by zbudować detektor uniwersalny.
• każdy detektor jest wynikiem pewnego kompromisu pomiędzy wymaganiami a możliwościami.
• inne są konieczne parametry detektora przy detekcji promieniowania jonizującego w badaniach naukowych, dozymetrii, w zastosowaniach technicznych, medycznych itp.
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 4
Detekcja promieniowania
• do detekcji promieniowania jądrowego można wykorzystać dowolne zjawisko lub proces, którego typowy przebieg zależny jest od rodzaju, energii, mocy lub strumienia padającego promieniowania jądrowego
• ze względów praktycznych nie wszystkie procesy, spełniające powyższe wymagania mogą być stosowane do detekcji
• nie wszystkie są– dostatecznie powtarzalne,– bez następstw
• poprzednia informacja nie ma wpływu na następną
– łatwe do standaryzacji– do wykonania– …
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 5
Detekcja promieniowania
• każdy detektor służący do wykrycia określonej wielkości fizycznej można rozważać jako układ posiadający wejście i wyjście
• do ogólnej analizy podstawowych cech detektora nie jest konieczna znajomość procesów w nim zachodzących
• dla detektorów jądrowych– sygnał wejściowy - promieniowanie, – sygnał wyjściowy - informacja charakterystyczna
dla danego typu detektora• na wyjściu detektora informacja może być
– ciągła– dyskretna (cyfrowa)
• dają różne informacje o naturze padającego promieniowaniaTadeusz Hilczer, wykład monograficzny 6
Detekcja promieniowania
• cząstkę promieniowania jądrowego– o energii E– kierunku określonym kątem – przechodzącą w momencie czasu t przez
powierzchnię czynną detektora promieniowania w punkcie r
• opisuje zbiór wielkości (r,E,) oraz czas t• inne parametry opisujące cząstkę
– jej masa– ładunek– …
• trzeba uwzględniać w miarę potrzeby przy rozważaniach dotyczących konkretnego zagadnienia
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 7
Detekcja promienowania
• w wyniku oddziaływania cząstki z detektorem– gdy nie ma żadnych efektów ubocznych
• pojawi się w chwili t0 sygnał wyjściowy - odpowiedź detektora
G(B,t0|r,E,,t) = G(t)B - zbiór wszystkich parametrów
charakteryzujących detektor(r,E,,t) - parametry charakteryzujące cząstkę
padającą na detektor w chwili t• odpowiedź detektora może być sygnałem ciągłym
lub dyskretnym w zależności od typu urządzenia pomiarowego– sygnał elektryczny– optyczny, – zaczernione ziarno emulsjiTadeusz Hilczer, wykład monograf
iczny
8
Detekcja promieniowania
• odpowiedź detektora G(t) jest wielkością stochastyczną nawet przy ustalonych parametrach promieniowania padającego na detektor
• powodem jest– statystyczny charakter promieniowania– fluktuacje parametrów detektora
• informacje powstałe w detektorze a nie wykorzystane w informacji wyjściowej zaliczane są do tła
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 9
Detekcja promieniowania
• sygnał na wyjściu detektora y(t) ma dwie informacje– G(B,t) - właściwą - odpowiedź detektora
• ma charakter przypadkowy– s(t) - nie związaną z odpowiedzią detektora (tło,
szum)
• dla sygnału wyjściowego z k informacji– obserwowanych w przedziale czasu (t1,t2)– przy stałej składowej s(t)
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 10
)(),(G)( tstty B
)(),()(1
txtGty ii
k
ii
B
Obróbka informacji
• obróbka informacji w urządzeniu rejestrującym ma na celu znalezienie najbardziej prawdopodobnej wartości parametrów B, przy określonej wartości s(t)
• gdy– s(t) 0 składowa s(t) jest do zaniedbania– s(t) 0 składowej s(t) zaniedbać nie można– s(t) G(B,t) wnioskowanie nie jest pewne– s(t) > G(B,t) wnioskowanie jest niemożliwe
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 11
Charakterystyki detektora
• Podstawowa charakterystyka detektora– prawdopodobieństwo rejestracji cząstki przez
detektorR(r,E,,t)
– gęstości prawdopodobieństwa rejestracji r(B,t0|r,E,,t)
• opisuje przetwarzanie informacji w detektorze• dla ustalonych parametrów (r,E,) opisujących
cząstkę w momencie czasu t w którym cząstka znajduje się w miejscu detektora opisana zbiorem parametrów B charakteryzujących informację
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 12
Charakterystyki detektora idealnego
• charakterystyka detektora idealnego
– gdy dla niezarejestrowanej cząstki wszystkie parametry informacji wyjściowej są równe zeru
• detektor punktowy– małe rozmiary w porównaniu z odległościami
występującymi w doświadczeniu– nie zakłóca w sposób istotny pola promieniowania
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 13
00
0 dd),,,|,(),,,( ttttt
BrBrB
EE rR
Charakterystyki detektora idealnego
• dla detektora o parametrach niezmiennych w czasie– R(r,E,,t) zależy jedynie od różnicy czasu t0-t
(wartość stała) - można włączyć do zbioru parametrów B
• gęstość prawdopodobieństwa rejestracji r(B|r,E,)– nie zależy od czasu– jest jedynie funkcją B dla cząstki o parametrach
(r,E,)• prawdopodobieństwo rejestracji R(r,E,,t)
– charakterystyka detektora idealnego o parametrach niezależnych od czasu
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 14
BrBrB
d),,|(),,(R0
EE r
Charakterystyki detektora idealnego
• charakterystyki detektora punktowego– wydajność detektora– czułość detektora
• wydajność detektora D(E,) - wielkość bezwymiarowa
S - rzut powierzchni detektora na kierunek prostopadły do kierunku propagacji promieniowania
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 15
S
SD
d
d),,(R),(
EE
r
Charakterystyki detektora idealnego
• charakterystyki detektora punktowego– wydajność detektora– czułość detektora
• czułość detektora zD(E,)
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 16
]m[),(),( 2 SDD EE
Charakterystyki detektora idealnego
• wydajność detektora– pada strumień cząstek o gęstości f(r,E,W)
• stosunek strumienia zarejestrowanych cząstek do strumienia wszystkich cząstek przechodzących przez powierzchnię detektora
– wybierając ze zbioru parametrów B liczbę impulsów N
• stosunek liczby cząstek zarejestrowanych do liczby cząstek dochodzących do detektora w tym samym czasieTadeusz Hilczer, wykład monograficzny 17
S
SD
d),,(
d),,(R),,(),(
E
EEE
r
rr
),(),(
),(0
EE
ENN
D
Charakterystyki detektora realnego
• podstawowa charakterystyka– funkcja odpowiedzi detektora G(B|r,E,)
• miara prawdopodobieństwa, że dla cząstki określonej parametrami (r,E, ) informacja wyjściowa jest opisana zbiorem parametrów B
• stosunek gęstości prawdopodobieństwa zarejestrowania cząstek o parametrach (r,E, ), do wszystkich cząstek przechodzących przez powierzchnię detektora
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 18
S
S
d),,(
d),,|(),|(G
E
EE
r
rBB
p
p
Charakterystyki detektora realnego
• w praktyce do opisu rejestrowanego zjawiska wybiera się minimalną liczbę parametrów charakterystycznych
• wybrany jeden parametr wejściowy P– Wybieramy ze zbioru parametrów B parametr R
odpowiadający parametrowi P informacji wejściowej
• układ pomiarowy ma symetrię osiową zgodną z kierunkiem propagacji promieniowania – dla zmiennego w czasie promieniowania o energii
E rozchodzącego się w kierunku
W(P), W(R)- rozkłady parametru wyjściowego i wejściowego dla wybranego parametruTadeusz Hilczer, wykład monograficzny 19
RPRRP d)|(G)(W)(W
Charakterystyki detektora realnego
• podstawowe cechy dobrego detektora:– funkcja odpowiedzi powinna być dystrybucją
• w realnych detektorach ma zawsze skończoną szerokość (na skutek statystycznego charakteru zjawiska)
– sygnał wyjściowy liniową funkcją wybranej cechy • dokładne spełnienie tych warunków jest w praktyce
niemożliwe– dobór detektora do konkretnego zagadnienia jest
bardzo ważny– wymaga dokładnej analizy warunków
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 20
Charakterystyki detektora realnego
• sygnał na wyjściu detektora pojawia się w wyniku określonego procesu fizycznego na skutek przemian energetycznych– detektor więc najpierw absorbuje pewną energię a
następnie ją emituje w rozmaitej postaci• proces fizycznej rejestracji ma pewien próg
energetyczny poniżej którego detektor nie jest w stanie zarejestrować sygnału
• przemiana energetyczna zachodzi w skończonym czasie– liczba cząstek rejestrowanych w jednostce czasu
jest ograniczona i może się znacznie różnić od liczby cząstek dochodzących do detektora
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 21
Charakterystyki detektora realnego
• czasowa zdolność rozdzielcza– wynik istnienia progu energetycznego rejestracji
Vp,– informacja wyjściowa jest opóźniona o pewien
czas t*
• powód - statystyczny charakter procesu– określona jest przez odchylenie standardowe
różnicy czasu t* pojawienia się sygnałów:
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 22
V
V P
ttt t1 2 t t1 2
m m
t t ( *) 2
Charakterystyki detektora realnego
• energetyczna zdolność rozdzielcza– określa szerokość połówkowa funkcji odpowiedzi
detektora
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 23
EE
E
1
G(R)
0,5
R
R
E R
R
Charakterystyki detektora realnego
• wszystkie detektory mają określoną „bezwładność”– zmniejszenie liczby rejestrowanych zdarzeń– związana z procesami zachodzącymi w momencie
rejestracji w samym detektorze• „bezwładność” powoduje, że kolejna cząstka
trafiająca na detektor nie zregenerowany nie jest zarejestrowana mimo, że sama spełnia warunki „rejestrowalności”
• „bezwładność" detektora jest jego czasem martwym t
• sygnał z detektora może również napotykać na podobne efekty w dalszych częściach urządzenia pomiarowego– większa liczba czasów martwych ti
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 24
Charakterystyki detektora realnego
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 25
WY
WE
t1
WE
WY
t1
Detektor
• detektor promieniowania jądrowego powinien dać informacje, potrzebne do określenia istotnych parametrów dla danego zagadnienia, na przykład– dokładny czas jest konieczny przy identyfikacji
cząstek, pochodzących z określonego zjawiska– rodzaj cząstki można określać na podstawie
równoczesnego pomiaru prędkości i pędu, wyznaczając jej masę spoczynkową
• Niektóre badania wymagają nieprzerwanej pracy układu detekcyjnego przez setki a nawet tysiące godzin.
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 26
Detektor zesplony
• detektor zespolony – zespół kilku detektorów działających na różnych zasadach
• detektor zespolony– umożliwia równoczesną rejestrację wielu
parametrów, koniecznych do identyfikacji i opisu badanego zjawiska
– wykorzystuje współczesne możliwości technologiczne i obliczeniowe
– pozwala wybierać, rejestrować i analizować ogromne ilości danych z bardzo wielką szybkością
– przy wielkich przyspieszaczach jest urządzeniem bardziej od nich skomplikowanym i drogim a wymiary sięgają setek m3
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 27
Podział detektorów
• detektory można podzielić ze względu na rodzaj otrzymywanej odpowiedzi na:
– detektory elektryczne (gazowe, półprzewodnikowe, scyntylacyjne)
– detektory śladowe (emulsje jądrowe, komory Wilsona i pęcherzykowe)
– detektory kalorymetryczne
– detektory radiochemiczne
– detektory luminescencyjne, chemiczne
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 28
Detektor gazowy
• detektor gazowy promieniowania jądrowego - kondensator dowolnego kształtu umieszczony w naczyniu z gazem, w którym istnieje pole elektryczne o natężeniu E
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 29
E
A1 A2
Detektor gazowy
• gdy do wnętrza kondensatora (do objętości czynnej) dochodzi promieniowanie następuje jonizacja gazu
• efekt jonizacji zależy od:– własności padającego promieniowania– parametrów detektora
• objętość, • geometria, • natężenia pola E,
– rodzaj gazu i jego parametrów• ciśnienie, • temperatura
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 30
Detektor gazowy – charakterystyka prądowa
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 31
E1 E2 E3 E4 E5 E6 E
I
I II III
IV
V
VI
Komora jonizacyjna
• komora jonizacyjna - detektor gazowy pracujący w obszarze nasycenia (obszar III)– prąd jonizacyjny zależy od jonizacji pierwotnej
• pojemność komory jonizacyjnej C - rzędu kilku pF, - opór R od 108W do 1015W– stała czasowa RC od 10-3s do 104s
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 32
E
I
komora jonizacyjna
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 33
Komora jonizacyjna prądowa
• Komora jonizacyjna prądowa (całkująca) - komora o dużej stałej czasowej RC
• Komora jonizacyjna prądowa służy do pomiaru średniego prądu jonizacyjnego
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 34
Komora jonizacyjna impulsowa
R M
U
A1 A2 C’
C
• Komora jonizacyjna impulsowa - komora o małej stałej czasowej RC
• Komora jonizacyjna impulsowa rejestruje pojedyncze impulsy prądu, wywołane przez cząstki jonizujące
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 35
Komora jonizacyjna – pierścień ochronny
MM
IJ
IU
IJ + IU
(a) (b)
• pierścień ochronny dzieli izolator komory na dwa segmenty
– bez pierścienia – przez układ pomiarowy M przepływa prąd jonizacyjny i prąd upływności izolatora (a)
– z pierścieniem - przez układ pomiarowy M przepływa tylko prąd jonizacyjny (b)
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 36
Komora jonizacyjna P.Curie
• Komora P.Curie– prąd jonizacyjny
kompensowany za pomocą piezokwarcu
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 37
Komora jonizacyjna
A1
A2
dozymetr indywidualnyz komorą jonizacyjną
płaska komora jonizacyjna z pierścieniem ochronnym
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 38
Licznik proporcjonalny
E
I
licznik proporcjonalny
• licznik proporcjonalny - detektor gazowy pracujący w warunkach wzmocnienia gazowego (obszar V)
• Prąd jonizacyjny licznika proporcjonalnego jest proporcjonalny do jonizacji pierwotnej
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 39
Licznik proporcjonalny
r
E
rk ra r
• elektrony w obszarze IV są pomiędzy kolejnymi zderzeniami przyspieszane do energii znacznie przekraczającą energię jonizacji E gazu wypełniającego detektor
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 40
Licznik proporcjonalny
LP
R
C
U
W
• licznik proporcjonalny ma zwykle geometrię cylindryczną lub cylindryczną katodę i anodą w kształcie pętli
• dla innej geometrii, np. dla kondensatora płaskiego, jony powstałe w różnych miejscach mają różne wzmocnienia gazowe– prąd jonizacyjny nie jest proporcjonalny do
jonizacji pierwotnej
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 41
Charakterystyka licznika proporcjonalnego
N
U1 Up. U2 U
dU dN
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 42
Licznik proporcjonalny wielodrutowy
A K
• licznik proporcjonalny wielodrutowy (G. Charpak 1968-1970)
– anoda detektora z równoległych drutów umieszczona w płaszczyźnie między dwoma płaskimi elektrodami katody
– średnica drutów anody ok. 20 mm– odległość miedzy drutami 2 mm,
– odległość pomiędzy elektrodami katody rzędu 10 mm
Licznik proporcjonalny wielodrutowy
• licznik proporcjonalny wielodrutowy
– wypełniony mieszaniną argonu i izobutanu i pracuje przy różnicy potencjałów rzędu 5 kV
– każdy z drutów anody jest połączony z oddzielnym wzmacniaczem i działa jak niezależny licznik proporcjonalny.
– efektywna przestrzenna zdolność rozdzielcza jest rzędu 1 mm
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 43
Licznik G-M
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 44
• licznik G-M - detektor gazowy pracujący w warunkach jonizacji lawinowej (obszar VI)– prąd jonizacyjny nie zależy do jonizacji pierwotnej
E
I
licznik G-M
Licznik G-M
• zapoczątkowanie jonizacji lawinowej zależy od– natężenia i rozkładu pola E – od rodzaju i ciśnienia gazu
• kolejna rejestracja wymaga wygaszenia jonizacji lawinowej– układem zewnetrznym– liczniki samogasnące
• dodanie do gazu wypełniającego substancję gaszącą wyładowanie (pary alkoholi, pary chlorowców)
• napięcie progowe zależy od czułości układu pomiarowego
• dla dużej czułości (rzędu 0,1 V) - napięcie progowe:– liczniki alkoholowe ok. 1000 V,– liczniki chlorowcowe ok. 200 V
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 45
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 46
Licznik G-M
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 47
Pierwszy licznik G-M
48
Komora dryfowa
• komora dryfowa - detektor wielodrutowy o specjalnie ukształtowanym polu elektrycznym
A
K
h
D
E
O
• pomiędzy anodą A (układ równoległych drutów) a płaską katodą K znajdują się dodatkowe elektrody E wytwarzające w obszarze KO o długości h niezbyt silne prawie jednorodne pole elektryczne
• w tym polu chmura elektronów (z jonizacji pierwotnej) porusza się z prędkością prawie jednostajną w kierunku anody• moment przejścia cząstki wywołującej jonizację
pierwotną rejestruje detektor DTadeusz Hilczer, wykład monograficzny
Komora dryfowa
• czas zbierania ładunku chmury jest miarą położenia punktu jonizacji pierwotnej– w mieszaninie argonu i izobutanu
• prędkość dryfu jest rzędu 40 mm/s • geometryczna zdolność rozdzielcza w
płaszczyźnie jest rzędu 0,1 mm• segmentowa katoda pozwala wyznaczyć
współrzędne śladu xz na płaszczyźnie• czas dryfu chmury elektronowej jest współrzędną z• ładunek zebrany na anodzie pozwala określić stratę
energii dE/dz
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 49
Komora dryfowa
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 50
xc x
z
zc
A
K
Komora projekcji czasowej
• skomplikowany detektor gazowy rejestruje równocześnie– przestrzenne współrzędne toru cząstki– jej zdolność jonizacyjną dE/dx
• składa się z szeregu komór dryfowych– umieszczone jedna za drugą– katody znajdują się w jednej płaszczyźnie
• można wyznaczyć– współrzędną y zarejestrowanej cząstki– odtworzyć przestrzenny tor cząstki
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 51
Komora projekcji czasowej
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 52
segmentowa katoda
anoda
ślad
rzut śladu
Detektor półprzewodnikowy
• detektor półprzewodnikowy– komora jonizacyjna z dielektrykiem stałym
pomiędzy elektrodami• w porównaniu z detektorem gazowym ma znacznie
większą– wydajność rejestracji– zdolność rozdzielczą czasową i energetyczną
• jest to związane z różnymi procesami powstawania i ruchu jonów w detektorach gazowych i półprzewodnikowych
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 53
Detektor półprzewodnikowy
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 54
napylona elektroda
gruba elektroda
półprzewodnik
doprowadzenia
napylone elektrody
półprzewodnikdoprowadzenia
Tadeusz Hilczer - wykład monograficzny 55
Detektor półprzewodnikowy
+-
+-
+-
+-
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 56
Detektor półprzewodnikowy
detektor półprzewodnikowy
do pompypróżniowej
napełnianie ciekłym azotem
połączenia
ciekłyazot
pręt miedziany
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 57
Detektor półprzewodnikowy
impuls pozycyjnyd
x
Detektory śladowe
• detektor śladowy pozwala zarejestrować określony efekt przejścia cząstki jonizującej przez materię w postaci śladu– obserwacja wizualna
• efektem przejścia może być– zaczernienie ziaren emulsji fotograficznej– skroplenie pary– przeskok iskry– …
• rejestracja śladu pozwala na analizę przestrzenną danego zjawiska
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 58
Komora Wilsona
• pierwowzór w powszechnie obserwowanym zjawisku przyrody - tworzeniu się chmur
• warunki kondensacji pary wodnej badał Coulier (1875)– do kondensacji konieczne są określone ośrodki np.
pyłki• ośrodkami kondensacji mogą być jony Wilson (1897)
– badając tworzenie się kropelek deszczu w chmurach zbudował komorę (1911)
– ślady ciągu kropelek wody o średnicy do 1 mm obserwował gołym okiem
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 59
Komora Wilsona
• hermetycznie zamknięty zbiornik wypełniony mieszaniną gazu (powietrza, argonu, helu, azotu) z parą nasyconą (wody, alkoholu)
• rozprężenie można uzyskać przez:– nagłe przesunięcie tłoka (komora tłokowa)– nagłe przesunięcie membrany (komora
membranowa)– zmianę ciśnienia wewnątrz objętości czynnej
przez połączeniem z częścią o mniejszym ciśnieniu - Wilson 1933 (komora rozprężeniowa)
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 60
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 61
Komora Wilsona
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 62
Komora Wilsona
63
Komora Wilsona
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
Komora Wilsona
• adiabatyczne rozprężenie gazu powoduje obniżenie temperatury– para w objętości czynnej staje się parą
przesyconą• stan pary przesyconej jest nietrwały
– następuje kondensacja na jakichkolwiek ośrodkach kondensacji (np. jony czy pyłki)
• czas w którym komora jest zdolna do rejestracji zależy od– konstrukcji komory– gazu wypełniającego
• ciśnienia• temperatury
– zawiera się w granicach od 0,01 s do 3 s. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 64
65
Komora Wilsona
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
66
Komora pęcherzykowa
• wykorzystuje się zjawisko kondensacji pary o w obszarze zawierającym ciecz przegrzaną
• podstawową ideę komory pęcherzykowej opracował D.Glaser (1952)
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
67
Komora pęcherzykowa
• komory szklane– „czyste” warunki realizacji stanu przegrzania– komory małe– długi czas istnienia stanu przegrzanego (do 1 s)
• komory metalowe o dokładnie wypolerowanych ścianach wewnętrznych– komory o dowolnych rozmiarach– bardzo krótki czas istnienia stanu przegrzanego
(10 ms)
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
68
Komora pęcherzykowa
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
69
Komora pęcherzykowa
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 70
Detektor Czerenkowa
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 71
Komora iskrowa
+-
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 72
Komora strimerowa
GI
F
K
M
a
b
c
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 73
Spintaryskop
lupa
preparat promieniotwórczy
ekran
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 74
Spintaryskop
Scyntylacje
• spintaryskop jeden z najstarszych detektorów– obserwacje okiem– używany w wielu znanych eksperymentach– wykrycie istnienia jądra atomowego (Rutherford)
• w latach trzydziestych ub.w. wyparty przez łatwiejsze eksperymentalnie metody jonizacyjne
• zastosowanie fotopowielaczy (1947)• metoda scyntylacyjnej detekcji promieniowania
jądrowego jest obecnie szeroko stosowana
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 75
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 76
Licznik scyntylacyjny
• licznik scyntylacyjny– składa się ze scyntylatora i fotopowielacza
• główne etapy pracy:– absorpcja energii promieniowania w
scyntylatorze,– przetworzenie energii zaabsorbowanej na
energię fotonów,– przejście powstałych fotonów do katody
fotopowielacza,– absorpcja fotonów w katodzie i emisja
elektronów,– powielanie elektronów między dynodami w
fotopowielaczu, – impuls wyjściowy z anody fotopowielacza.
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 77
Licznik scyntylacyjny
scyntylator fotopowielacz
impuls
K D1 D2 D3 Dk A
E Ej
Ef
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 78
Emulsje jądrowe
S
S0 A
C B
D
E
log E
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 79
Emulsje jądrowe
x
y
x
y’
y
y’
x
a) b)
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 80
Emulsje jądrowe
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 81
Detektor termoluminescencyjny
g r z e j n i k
r u r k a n i k l o w ap o k r y t a C a F 2
a m o r t y z a t o r
a m o r t y z a t o r
o b u d o w a s z k l a n a
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 82
Detektor termoluminescencyjny
FP
W
T
R
G
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 83
Kalorymetr
B
A
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 84
Kalorymetr
termoparatermopara
źródło
grzejnikz zasilaniem
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 85
Detektor zespolony
fotony
elektrony
miony
hadrony
neutrony
zespół detektorów
detektor śladowy detektormionowy
kalorymetry:
elektromagnetyczny
hadronowy
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 86
Detektor zespolony
kalorymetr mionowy
detektor Czerenkowa
komora dryfowa
detektor wierzchołka
magnes
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 87
Detektor zespolony
1
2
3
456
78
910
11
12
13
1415
16
17
9
e+e-
Detektor DELPHI - CERN (część centralna i odsłonięta jedna pokrywa: 1 – detektor wierzchołka oddziaływania, 2 – detektor wewnętrzny, 3 – komora projekcji czasowej, 4 – detektory Czerenkowa, 5 – detektor zewnętrzny, 6 – kalorymetr elektromagnetyczny, 7 – solenoid nadprzewodzący, 8 – detektory scyntylacyjne czasu przelotu, 9 – kalorymetr hadronowy, 10 – komory mionowe, 11 – komora dryfowa A, 12 – detektor do pomiaru świetlności, 13 – detektory Czerenkowa, 14- komora dryfowa B, 15 – kalorymetr elektromagnetyczny, 16 – komory mionowe, 17 – detektory scyntylacyjne)
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 88
Detektor zespolony
12
3
4
5
6 7
8
9
e+e-
Detektor MARK 1 (1- mionowe komory iskrowe, 2- absorbenty, 3- detektor kaskad, 4- detektor wyzwalacza, 5- drutowe komory iskrowe, 6- komory domykające, 7- komory proporcjonalne, 8- solenoid kompensujący, 9- detektor świetlności)
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 89
Detektor zespolony
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 90
Detektor zespolony (CERN)
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 91
Detektor zespolony
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie (wykład monograficzny) 92
Budowa materii