A gamma-sugárzás kölcsönhatásai

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "A gamma-sugárzás kölcsönhatásai"

Margit Dobosné
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 Ref. [3]

2 A gamma-sugárzás kölcsönhatásai Az anyaggal való kölcsönhatás kis valószínűségű hatótávolság nagy A sugárzás gyengülését 3 féle kölcsönhatás okozza. fotoeffektus Compton-szórás párkeltés A gamma-fotonok kölcsönhatási keresztmetszete: σ= σ f + σ c + σ p

3 Fotoeffektus fizkem/gamma/kolcson/foto.html

4 σ L σ K /5 Fotoeffektus A gamma-kvantum teljes energiáját átadja egy atomi elektronnak. A K héjról való kilépés valószínűsége a legnagyobb: σ f =(5/4)σ K Az emittált elektron E e kinetikus energiával hagyja el a magot: E e =E γ -E k E k kötési energia függ a rendszámtól és az atomi héj típusától. K héjra 10eV-100keV (H-U). A fotoeffektus nagy rendszámú atomok erősen kötött, belső héjon lévő elektronjain megy végbe nagy valószínűséggel. Oka: az e - impulzust adhat át az atommagnak, az e - a foton teljes - energiáját átveheti. σ f ~ Z 5

5 A fotoeffektus valószínűsége erősen energia- és rendszámfüggő: σ f (barn) Ólom σ f ~ Z 5 σ K ~ 1 ( hν) 7 / 2 γ-energia (MeV)

6 Compton-szórás ma/kolcson/compton.html

7 Compton-szórás A gamma-foton rugalmasan ütközik egy szabadnak tekinthető atomi elektronnal. A bemenő gamma-foton energiája és impulzusa a meglökött e - és a szórt foton között oszlik meg.

8 Mind a szórt foton, mind a meglökött elektron energiája a szórási szög függvénye. hν = hν 0 1+ hν0 m c e 2 1 ( 1 cosϑ) m e az elektron nyugalmi tömege A szórt foton akkor visz magával maximális energiát, ha ϑ=0 E max =hν 0 Minimális energiával rendelkezik a 180 o -ban szórt foton: E min = hν hν m c e 0 2

9 A Compton-szórást szenvedett foton energiájának szögfüggése =hν 0 [Ref. 3.] (A vektorok az ütközésenként elvitt energia mennyiségét szemléltetik a szórási szög függvényében.)

10 A meglökött elektron kinetikus energiája: E e ( 2 ) ( ) ( 1 ϑ) 1 cosϑ hν0 = cos 2 m c + hν e 0 Ee 0 = hν hν ϑ=180 o -nál maximális: E e,max hν0 = mec 1+ 2hν 2 0

11 A Compton-szórás hatáskeresztmetszete csökken a bemenő foton energiájának növelésével. Különböző bemenő foton energiáknál a szórt fotonok szögeloszlása: a=e 0 /m e c 2

12 Bemenő foton energia Szórt [Ref. 3.]

13 Bemenő foton energia [Ref. 3.]

14 m/gamma/kolcson/park_hatas.html earglossy/flash/harrison/pairproduction.html

15 Párképződés Egy megfelelően nagy energiájú foton elektron-pozitron párt hoz létre egy atommag terében. A létrehozott részecske-pár kinetikus energiája: E=hν-2m 0 c 2 m 0 az elektron (és e + ) nyugalmi tömege A folyamat feltétele: hν>2m 0 c 2 vagyis hν>1.022 MeV A folyamat hatáskeresztmetszete egyenesen arányos a gammasugárzás energiájával és Z 2 -tel. A foton impulzusa mindig nagyobb, mint a keletkező részecske-pár impulzusa az impulzuskülönbséget egy (nehéz) atom veszi át. hν=( ν=(m 1 +m 2 )c 2 hν/ ν/c=(m 1 +m 2 )c, m 1 és m 2 az e - és e + relativisztikus tömege (m 1 +m 2 )c>m 1 v 1 +m 2 v 2

16 [Ref. 3.]

17 [Ref. 3.]

18 A természetes radioaktív sugárzások alapvető tulajdonságai

19 Neutronok anyaggal való kölcsönhatása Csak az atommagokkal lépnek kölcsönhatásba: Rugalmas ütközés: kis rendszámú magoknak tudnak jelentős energiát átadni reaktor moderátorok Magreakciók: nagy energiájú, számottevő ionizációra képes termékek létrejötte a jelentős bizonyos n-detektorok

20 Radioaktív sugárzások detektálása 1) Gáztöltésű detektorok gáztöltésű v. gáz-ionizációs első elektromos érzékelő radioaktív sugárzások mérésére kifejlesztés: 20. sz. első fele egyszerű szerkezet, alacsony költség működésük a gázokban, töltött-részecske sugárzás hatására bekövetkező ionizáción alapszik A töltőgázban létrehozott primer elektronok száma: n 0 =E/E i E: az ionizáló részecske energiája E i : átlagos ionizációs energia

21 [Ref. 3.]

22 A keltett ionok szétdiffundálnak a keletkezési helyüktől. Elektromos térben v sebességgel az ellentétes pólusok felé mozognak: v=ue/p, ahol E: térerősség (V/m) p: gáznyomás (Pa) u: mozgékonyság (m 2 Pa/Vs) Rekombináció: valószínűsége a térerősség növelésével csökkenthető.

23 Gáz-ionizációs detektor Ionizációs kamra [Ref. 3.]

24 füstérzékelő 241 Am sugárforrás ionizációs áramot hoz létre. Amikor a nyitott mérőkamrába füstrészecskék jutnak, lecsökken a kialakult ionizációs áram.

25 Impulzus üzemmód (egyedi részecskék kimutatása) Az RC időállandót lényegesen nagyobbra választjuk a töltések begyűjtési idejénél a kondenzátor a begyűjtési idő alatt nem sül ki. [Ref. 3.]

26 A munkaellenálláson megjelenő feszültség-jel időfüggése [Ref. 3.]

27 Gáztöltésű detektorok osztályozása Proporcionális számláló Geiger-Müller számláló Impulzusszám Ionizációs kamra U 0 [V]

28 A proporcionális tartományban az e - -ok és +ionok sebessége már olyan nagy, hogy útjuk során képesek újabb ionpárokat létrehozni (másodlagos ionizáció), és az áram növekszik. A keltett ionpárok száma (n) arányos proporcionális az elsődleges ionpárok (n 0 ) számával! n=kn 0 k: gázerősítési tényező (~10 4 ) A sokszorozódási folyamat csak nagy térerő esetén valósul meg (hengeres geometria).

29 G-M csövek A G-M tartományban a töltéshordozók már olyan gyorsan mozognak, hogy többszörös ionizáció következik be az útjuk során és a lavina az anódszál teljes hosszára kiterjed. A keletkezett összes ionpár száma már nem arányos az eredetileg (a primer ionizációban) létrejött ionpárok számával. FOTONOK szerepe! A GM csöveket sugárvédelemben, dozimetriában, felületi szennyezettség mérésekben, ipari berendezésekben alkalmazzák. Egyszerű, olcsó, nagy kimenő amplitúdójú elektromos impulzust szolgáltat, ezért nincs szükség bonyolult elektromos eszközökre (erősítő, jelformáló).

30 A kisülés mesterséges kioltása: - Régebben: nagy munkaellenállás a kisülés közben lecsökken az elektródák közötti feszültség (ms nagyságrendű holtidő). - Önkioldó gázkeverék: alapgáz többnyire Ar, a kioltó többnyire alkoholgőz (fogy) vagy halogének (rekombinálódnak). Holtidő: Az az időtartam, amely alatt a detektor nem tud új részecskét kimutatni. n = n mért 1 n 1 τ : a holtidő, n mért : az időegységre eső, mért beütésszám mért τ

31 [Ref. 3.]

33 A GM-cső karakterisztikája, munkapont

34 Végablakos GM-cső Vastag falú GM-cső α, β számláló γ-mérés 1-2 mg/cm 2 vastagságú alumínium vagy csillám [Ref. 3.]

35 4 π számláló [Ref. 3.]

36 Detektorok hatásfoka: ε teljes = detektált részecskeszám kibocsátott részecskeszám Geometriai hatásfok: Azt fejezi ki, hogy a forrásból kibocsátott részecskék közül nem mindegyik éri el a detektort. Belső (intrinsic) hatásfok A detektor általában nem detektál minden ráeső részecskét. (a nagy hatótávolságú részecskék egy része áthalad a detektoron) ε teljes = ε G ε int

37 Neutrondetektálás proporcionális kamrákkal Lassúneutron-detektálás: 10 B(n,α) 7 Li reakció alapján: 10 B+n 4 He + 7 Li + 2,79 MeV BF 3 gáztöltésű proporcionális detektor Bóros falú proporcionális számláló 3 He számláló: 3 He gázzal töltött proporcionális kamra. 3 He+n 3 H + 1 H + 0,76 MeV Hasadási kamra: proporcionális kamra, amelyben urán-bevonatú lemezek vannak, vagy a katódhenger belső falát vonják be hasadó anyaggal. 235 U +n hasadványok +neutronok MeV

Hasonló dokumentumok

LABORATÓRIUMI GYAKORLAT. Alfa-, béta-, gamma-sugárzások mérése

LABORATÓRIUMI GYAKORLAT. Alfa-, béta-, gamma-sugárzások mérése LABORATÓRIUMI GYAKORLAT Alfa-, béta-, gamma-sugárzások mérése (Bódizs Dénes BME Nukleáris Technikai Intézet 2006) 1. BEVEZETÉS Környezetünkben számos radioaktív izotóp fordul elő. Ezek egy része természetes,