Elemanalitika hidegneutronokkal

HTML
DOWNLOAD

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Elemanalitika hidegneutronokkal"

Árpád Vincze
6 évvel ezelőtt
Látták:

1 Elemanalitika hidegneutronokkal Szentmiklósi László MTA Izotópkutató Intézet, Nukleáris Kutatások Osztálya

2 Mik azok a hideg neutronok? A neutron semleges részecske, tömege 1, kg, (55) amu, (81) MeV Az atommagon kívüli, szabad neutron nem stabil T 1/2 =885.7±0.8 s. Elbomlik protonra, elektronra és anti-elektronneutrínóra: Szabad neutronok csak magreakciókkal állíthatók elő A neutronokat az energiájuk szerint csoportosítjuk Termikus kt = 25,26 mev*, v=2198 m s 1, Maxwell-eloszlás. Az ezeknél kisebb, 5 mev körüli kinetikus energiájúakat hideg, a kb. 0,1 ev fölöttieket epitermikus, a MeV-es tartományban lévőket pedig gyorsneutronoknak nevezzük. Hidegneutron forrás: cseppfolyós hidrogén 20 K hőmérsékleten, A tartályon áthaladó neutronok felveszik a közeg hőmérsékletét 1 MeV *1 ev=1, (63) J Lassú neutronok hideg gyors epitermikus 5 mev 25 mev 0,1 ev termikus

A X A1 X * A1 X Z Z Z Radioaktív bomlás (T 1/2!) Végmag II.

3 A sugárzásos neutronbefogás neutron -részecske Kiindulási mag Neutron befogás Compound mag Promptgamma sugárzás Végmag I. A X A1 X * A1 X Z Z Z Radioaktív bomlás (T 1/2!) Végmag II. (gerjesztett) X A1 * Z 1 Bomlási gamma sugárzás Végmag II. (stabil) A1 Z 1 X

4 Prompt-gamma aktivációs analízis (PGAA) A sugárzásos neutronbefogáson alapuló nukleáris elemanalitikai módszer A mintát (szilárd, folyadék, gáz) neutronokkal sugározzuk be. -fotonokat detektálunk: az atommagok bocsátják ki neutronbefogást követően. Energia: minőségi információ, Intenzitás: mennyiségi információ. Az analitikai jel a minta fizikai, kémiai állapotától független, csak az atommag szerkezetétől függ. Elvileg minden elem egyszerre mérhető (panoráma analízis) Elemenként jelentősen különböző kimutatási határok Roncsolásmentes, minimális mintaelőkészítés Nagy áthatolóképességű: információ a minta belsejéből

5 PGAA spektrum Széles energiatartomány (50 kev-10 MeV) Nagyon sok csúcs ( ) Kis energiák felé emelkedő alapvonal Energia meghatározás <0.01 kev pontossággal

6 A mennyiségi analízis alapegyenlete A S E m S t N M A P ( E 0 0 m : az adott elem tömege S : érzékenység A E : csúcsterület N A : Avogadro-szám M : mólsúly : izotópgyakoriság 0 : termikus neutronbefogási hatáskeresztmetszet P : gamma emissziós valószínűség 0 : neutronfluxus (E ) : detektor hatásfok )

7 Jellemző kimutatási határok H b b Li b 1.37 b Na 23 Be b 7.63 b Mg Element stable isotope atomic weight - capture - scattering Detection Limit [ppm] >1000 no data B b 5.24 b Al 27 C b b Si N b b P 31 O b b S F b b Cl He b 1.34 b Ne b b Ar b 3.28 b K b 1.96 b Rb b 6.8 b Cs b 3.90 b (Fr) (223) b 3.71 b Ca b 23.5 b Sr b 6.25 b Ba b 3.38 b (Ra) (226) Sc b 23.5 b Y b 7.70 b La b 9.66 b (Ac) (227) Ti b 4.35 b Zr b 6.46 b Hf b 10.2 b V b 5.10 b Nb b b Ta b 6.01 b Cr b 3.49 b Mo b 5.71 b W b 4.60 b Mn b 2.15b (Tc) (98) 20 b 6.3 b Re b 11.5 b Fe b b Ru b 6.6 b Os b 14.7 b Co b 5.6 b Rh b 4.6 b Ir b 14 b Ni b 18.5 b Pd b 4.48 b Pt b b Cu b 8.03 b Ag b 4.99 b Au b 7.73 b Zn b 6.38 b Cd b 6.5 b Hg b 26.8 b b b Ga b 6.83 b In b 2.62 b Tl b 9.89 b b b Ge b 8.60 b Sn b b Pb b b b b As b 5.50 b b b Se b 8.30 b Sb Te b 3.90 b Bi b b b 4.32 b (Po) (209) b 16.8 b Br b 5.90 b I b 3.81 b (At) (210) b b Kr b 7.68 b Xe b - (Rn) (222) b 13 b - Ce b 2.94b Th 232 Pr b 2.66 b (Pa) (231) Nd b 16.6b U (Pm) (145) b 21.3 b (Np) (239) Sm b 39 b (Pu) (244) Eu b 9.2 b (Am) (243) Gd b 180 b (Cm) (247) Tb b 6.84 b (Bk) (247) Dy b 90.3 b (Cf) (251) Ho b 8.42 b (Es) (252) Er b 8.7 b (Fm) (257) Tm b 6.38 b (Md) (258) Yb b 23.4 b (No) (259) Lu b 7.2 b (Lr) (261) b b b 10.5 b b 8.9 b b 14.5 b b 7.7 b

8 A Budapesti Kutatóreaktor 10 MW Kétkörös hűtés VVR-SM (szovjet) Termikus ekivalens fluxus cm -2 s -1

9 Budapesti Neutron Centrum (BNC) 10 MW Kutatóreaktor PGAA NIPS mérőhely Neutronvezető csarnok BNC=AEKI+SzFKI+IKI+RMKI

10 PGAA NIPS mérőhely EU FP7 Access Programs: NMI3, ERINDA, CHARISMA

11 Főbb alkalmazások (1996-) Kémia, anyagtudomány Hidrogéntároló anyagok, grafének, fullerének, ötvözetek In-situ katalízis Geológia Főkomponensek és néhány nyomelem (pl. bór) Vulkáni, metamorf és üledékes kőzetek, meteoritok, gyémánt zárványok, egykristályok, mélytengeri kürtők, Archeometria Eredetmeghatározás Kőeszközök, üvegek, kerámiák, bronzok, 3D elemanalízis, kombináció neutontomográfiával Ipar Inaktív nyomjelzés, félvezető technológia-fejleszés Nukleáris technológia Nukleáris adatok a IV. generációs reaktorok tervezéséhez Safeguards

12 In-situ PGAA reakciócella Kémiai reaktorcella a neutronnyalábban Szelektív hidrogénezés (Pd, PdGa), HCl katalitikus oxidációja klórrá (RuO 2 )

13 Archeometriai alkalmazások Római bronz sisak Középkori ezüst érmek Pattintott kőeszközök Indián kerámiák Barokk üvegek Csiszolt kőeszközök

14 Az izotérfogat kulcs a térbeli felbontáshoz Pozícióérzékeny PGAA = PGAI Gamma-kollimátor (Pb) Neutron rés ( 6 Li-polimer) Mintatartó (Al) Izotérfogat

15 A PGAI-NT mérőrendszer Gamma detektor + mozgatóasztal + neutron tomográf Li-polimer mintakamra HPGe Detektor Neutronvezető NT detektor IZOCENTRUM Izocentrum Mozgatóasztal

16 Lezárt tokban lévő objektumok analízise

17 Elemtérképek PGAI módszerrel Mérés Számítógépes szimuláció Izotérfogat: 2x20 mm

18 Analitika és imaging: PGAI & NT 3D elemtérkép és tomográfiás kép egymásra vetítve Felbontás: NT: 330 um, PGAI: 2-3 mm

19 Köszönöm a figyelmet!

Hasonló dokumentumok

Izotópkutató Intézet, MTA

Izotópkutató Intézet, MTA Alapítás: 1959, Országos Atomenergia Bizottság Izotóp Intézete Gazdaváltás: 1967, Magyar Tudományos Akadémia Izotóp Intézete, de hatósági ügyekben OAB felügyelet Névváltás: 1988,