7. TERMIKUS ÉS EPITERMIKUS NEUTRONFLUXUS MEGHATÁROZÁSA AKTIVÁCIÓS MÓDSZERREL

Átírás

1 REKTOROS MÉRÉS 7 7. TERMIKUS ÉS EPITERMIKUS NEUTRONFLUXUS MEGHTÁROZÁS KTIVÁCIÓS MÓDSZERREL (Dr. Bódizs Dés, Dr. Kömly Gábr ) 1. Bvztés tmraktrk vislkdését alapvtő a utrk térbli, rgia- és idő- szriti lszlása szabja mg. Külöös ts a utrluxus ismrt, a raktr tljsítméy szabályzáshz, valamit, ha a raktrt aktivációs célkra, iztóptrmlésr is haszálják. gyakrlat srá a trmikus utrluxus, illtv a trmikus-pitrmikus luxus aráyáak mghatárzása a cél, aktivációs módszrrl. z ljárás léyg, hgy mgllő óliákat juttatuk a mghatárzadó luxusú utrtérb, majd a utrk által idukált aktivitást mérv a luxusra kövtkzttük. 2. Elmélti összglalás tmraktrkba lévő utrkat rgiájuk szrit lső közlítésb hárm csprtba srlják: trmikus utrk: (E 0,5V) azk, amlyk trmdiamikai gysúlyba vaak azzal a közggl, mlyb mzgásukat végzik. Ergia szriti luxus lszlásuk a Maxwll-Bltzma üggvéyt kövti. 20 C- lgvalószíűbb rgiájuk: 0,025 V. (7.1 ábra) pitrmikus utrk: (0,5-100 V) luxus lszlásuk a utr rgia rciprkával aráys. gyrs utrk: (0,1-20 MV) luxusáak rgia-üggését élmpirikus rmulák írják l. Egy adtt utrrrás - jl stb atmraktr - rgia spktruma mlltt, a utrluxus agysága a másik lgléygsbb myiség. utrluxus diícióját a kövtkző összüggés adja: ( cm -2 s -1 ) =. v (7.1) ahl ( cm -3 ) a utrsűrűség: a t időptba a térgatgységb lévő, E rgiájú és iráyú sbsséggl rdlkző utrk száma és v (cm s -1 ) az E rgiájú utrk sbsség. lux_aktivacis.dcx /7

2 REKTOROS MÉRÉS 7 trmikus utrluxus ( ) mghatárzásáál lggyakrabba alkalmaztt ljárás az ú. idikátr óliás módszr. z idikátr óliáak lgt kll ti a kövtkző ltétlkk: a trmikus utrkra vatkzó hatáskrsztmtszt lgy agy és kövss az l/v törvéyt; a kltkző radiaktív iztóp bmlási sémája gyszrű és ismrt lgy; jól dtktálható sugárzást bcsáss ki (mgllő lzési idő és rgia). Ha a ti szmptkak mgllő ayagból készült mitát (pl. éháy mm átmérőjű és század mm vastagságú krgt) a mérdő utrluxusú térb hlyzzük, valamly (, ) rakcióba kltkző radiaktív iztóp aktivitását t b bsugárzási és t h hűtési idő utá a kövtkző összüggés írja l: ( I ) S 1 D xp( tb xp( t t l 2 ), l 2 ), N. mg SD r (7.2) ahl a trmikus utrluxus, az pitrmikus utrluxus, az adtt magrakció mikrszkpikus hatáskrsztmtszt (0,02 V utrrgiáál), I az pitrmikus utrk által kztt aktiváció valószíűségét kijző téyző (az ú. rzaciaitgrál), N az vgadr-szám, m a bsugárztt mita tömg, G az iztópgyakriság, r a rlatív atmtömg, t 1/2 a kltkztt radiaktív iztóp lzési idj, S a tlítési, D a bmlási téyző. utrkra viszt úgyszólvá "átlátszó". Nutrluxus méréséél ts a rgiaüggésék ismrt. Estükb az idikátrkét alkalmaztt aray (u) ttális hatáskrsztmtszték utrrgiától való üggését a 7.2 ábra szmléltti. lassú utrk tartmáyába a hatáskrsztmtszt l/v -l aráys (1/v törvéy), l V ölött viszt rzaciacsúcskkal rdlkzik. Ha a bsugárzás lassú (trmikus) és rzacia- (pitrmikus) utrkat gyütts tartalmazó "utrgázba" törtéik pl. atmraktr, akkr midkét ajta rgiájú utr aktív magkat klt a óliába. kétajta rdtű aktivitás szétválasztására az ad lhtőségt, hgy a kadmium () a hatáskrsztmtszt rgiaüggés szité a 7.2 ábrá láató a trmikus utrkat xtrém agy valószíűséggl abszrbálja, az pitrmikus lux_aktivacis.dcx /7

3 REKTOROS MÉRÉS 7 Ezk alapjá a mérést két tljs gyrma u óliával végzzük: az gyikt "csupasz", a másikat -mal burklva sugárzzuk b, azs körülméyk között. trmikus utrktól származó aktivitást a két ólia aktivitásáak külöbség adja: = cs - = ( + ) - (7.3) ahl cs a -burklat élküli ólia aktivitása. Fts utr- és raktrizikai myiség az ú. kadmiumaráy (R cd ), mlyk érték a bsugárztt ayag hatáskrsztmtszték rgiaüggésé túl, a mérési hly utrspktrumára jllmző. Ugyais, diíció szrit: R cs I I I 1 (7.4) (7.4) összüggésből a / luxusviszy kijzhtő, és R mérésévl, /I ismrtéb, mghatárzható. Hagsúlyzi kll, hgy a (7.3) és a (7.4) összüggés méréstchikai szmptból csak akkr hlys, ha a csupasz, ill. a -s óliák azs tömgűk, és a bsugárzás és mérés tljs azs körülméyk között törtéik. Krrkciók a) (7.2) és (7.4) rmulák csak akkr adak pts értékt, ha a mitákat tljs kitrjdésükb azs utrluxus éri. valóságba a luxus a külső rétgk abszrpciója kövtkztéb a óliák blsj lé csökk. Ezt a körülméyt az ú. öáryéklási téyzővl vhtjük igylmb. Trmikus utrkra, krg alakú, d vastagságú és sűrűségű ólia sté az irdalm alapjá az öáryéklási téyző a kövtkző összüggéssl számíató: N 1. d 0,923 l 2r N r d Epitrmikus utrkra a számítás léygs bylultabb, zért itt csak a krrkciós aktr értékét adjuk mg, amly az irdalm alapjá a krg alakú u óliára: = 0,25. (7.5) b) trmikus utrk sbsség-lszlási görb (7.l) maximumáhz tartzó lgvalószíűbb sbsség: 2kT m (7.6) ahl: k = 1,38 º J/K a Bltzma álladó, T a utrgáz hőmérséklt (K) és m a utr tömg. 20 C- v = 2200 m/s, ami 0,025 V utrrgiáak ll mg. külöböző táblázatkba mgadtt mikrszkópikus utr-hatáskrsztmtsztk rr az értékr vatkzak ( ). valóságba a trmikusutr-spktrumra átlaglt ktív hatáskrsztmtszt érték ltér a értéktől, mivl a trmikus utrk átlags sbsség v v, érték: 2 v v és a utrgáz téylgs hőmérséklt (T ) általába agybb a T szbahőmérsékltél. (7.7) z átlags utr-hatáskrsztmtsztt az l/v törvéyt kövtő hatáskrsztmtsztű ayagkra az alábbi összüggés szlgáltatja: lux_aktivacis.dcx /7

4 REKTOROS MÉRÉS 7 2 T T (7.8) BME- működő atmraktrba 10 kw tljsítméy sté = 0,8, a trmikus csőpsta csatrába. 3. mérési ladat méréshz két db azs tömgű u óliát (-ba, ill. csupasz) a bsugárzó csőpsta sgítségévl az üzmlő atmraktr aktív zóájába juttatuk. - kicidcia brdzéssl, vagy élvztődtktrs gamma-spktrmétrrl mérjük a radiaktív arayóliák abszlút aktivitását. Ez értékkből, a külöböző krrkciókat alkalmazva, kiszámíatjuk a trmikus utrluxus értékét ( ), a kadmiumaráyt (R ) és a trmikus-pitrmikus luxusaráyt ( / ). 4. méréshz szükségs szközök és ayagk üzmlő atmraktr, csőpsta, áryéklt - és - szcitillációs dtktrkkal lláttt hármcsatrás számláló, ymtatóval, vagy G élvztődtktrral lláttt gamma-spktrmétr, kicidcia áramkör, u óliák, l és lmzk a csmagláshz, béta abszrbr ólia, prparátum tartók, sugárvédlmi szközök (gumiksztyű, csipsz, stb.) 5. mérés lvégzés bsugárzás srá az u óliákba a kövtkző, több lépéss rakciósr játszódik l: Ha, mit stükb, a t b /t 1/2 1 (t b =10-20 s), a mérést gyszrű a 197 u(,) 198 u rakcióra alapzhatjuk. lux_aktivacis.dcx /7

5 REKTOROS MÉRÉS 7 laktivált mitákat tartalmazó csőpsta tkt a bsugárzás utá kb. 20 prccl btjuk l. Ez idő alatt a csmagló ayag (l) aktivitása agyrészt lcsg. z időptkat (bsugárzás vég, mérésk kzdt) t h számítása érdkéb ljgyzzük. z aray óliák (abszlút) aktivitásáak mghatárzása - kicidcia mérési módszrrl: z lya brdzés mlyk gy szcitillációs béta- és gy szité szcitillációs gammadtktra va. béta- és a gamma-csatrák kimő jli gy-gy számlálóra ill. gy kicidciakör két bmtér csatlakzak. Így rgisztrálásra krül a béta-részcskék és a gamma-tk száma, valamit az adtt méréi idő alatt bkövtkző kicidcia sméyk száma. Jlölj a -részcskék másdprckéti számát ill. a gamma-tkét, a kicidcia sméykét k. Ez adatkkal lírhatók a kövtkző összüggésk: = ; = ; k =.. ahl ill. a béta-, ill. a gamma-dtktrk hatáska és a óliába másdprckét bkövtkző bmlásk száma, azaz a mita aktivitása. Ezkből lírható: (B q ) = β. k γ Láató, hgy a mita aktivitása a hatáskk ismrt élkül yrhtő. (7.9) mérőbrdzés thát gy béta- és gy gamma- szcitillációs dtktrból, kétcsatrás diszkrimiátrból, hármcsatrás számlálóból, (lassú) kicidcia áramkörből és ymtatóból áll. számláló "" csatrája az -t, a "B" csatra az -t és a "C" csatra az k -t számlja. ymtatási kép mgjlő gydik szám a mérési idő. mérésél igylmb kll vi, hgy a béta-dtktr valamyir érzéky a gammasugárzásra is. Ez az ú. béta-dtktr gamma-érzékység, mly úgy határzható mg, hgy a mitára béta-abszrbst hlyzük a béta-dtktr lőli ldal. z így kaptt számlálási sbsség a "B" csatrá, a béta-dtktr gamma-érzékység. Egy másik krrkciót a véltl kicidciák miatt kll alkalmazi. z vél azaz a véltl kicidciák időgységr jutó száma: vél = 2 (7.10) ahl a kicidcia brdzés lldási idj, ill. a béta ill. gamma csatrá a számlálási sbsségk. Ezk alapjá a ólia aktivitása: = ( β βγ )( γ hγ ) k vél β,γ,k (7.11) hl h a gamma-háttér számlálási sbsség (cps), a béta ág mért számlálási sbsség a béta abszrbs alkalmazásakr (z magába glalja a h béta-háttér értékt is),,,k a kicidciaszámlálási sbsség az abszrbs alkalmazásakr és vél = 2 (7.12) lux_aktivacis.dcx /7

6 REKTOROS MÉRÉS 7 z arayóliák aktivitásáak mérés törtéht gamma-spktrmétrrl is. 198 u által mittált gamma-sugárzás rgiája 412 kv. Egy agytisztaságú (ú.hp) G élvztő dtktrral lláttt gamma-spktrmétrrl lvév az u óliák spktruát, a 412 kv-s csúcs trült alapjá az adtt ólia aktivitása a kövtkző mód számíató ki: N ( Bq) (7.13) tmk ahl N a 412 kv-s csúcstrült (imp), mlyt a gamma-spktrmétr szlgáltat, t m (s) a mérés időtartama, a dtktr hatáska az adtt rgiá és mérési gmtriába és k a 412 kv-s gammaval gyakrisága (0,9553). 6. Méréskiértéklés mghatárzadó myiségk végső rmába a kövtkzők: l2 r xp cs t (7.13) tb l 2 mn G1 xp t R I cs ( R 1) pi (7.14) (7.15) ahl cs a "csupasz" ólia aktivitása (Bq), a burklatba bsugárztt ólia aktivitása (Bq), tvábbá r = : = 98.8* cm 2 ; t 1/2 = ap; G =1; = 19.3 g/cm 3 ; d = cm és I 15.7 ; = 0.25 (irdalmi adatk); = ; = 0.82; = 0,5 s. m, t b és értékit a gyakrlatvztő adja mg. 7. Irdalm 1. Csm Gy., Kömly G., Kcsis E.: BME Egytmi tmraktra és aktivációs aalitikai lhtőségi Iztóptchika 12. szám /1971/ Csm Gy.: tmtchikai mérésk Taköyvkiadó Bp Kiss I., Vérts.: Magkémia kadémiai Kiadó, Bp Nagy L. Gy.: Radikémia és iztóptchika Taköyvkiadó, Bp Lgyl T., Jász Á.: Iztóplabratóriumi zsbköyv Műszaki Köyvkiadó, Bp Bódizs D.: tmmagsugárzásk méréstchikái, Typtx kiadó, Bp lux_aktivacis.dcx /7

7 REKTOROS MÉRÉS 7 lux_aktivacis.dcx /7