A sugárzások és az anyag fizikai kölcsönhatásai

Hasonló dokumentumok
Sugárzások és anyag kölcsönhatása

Első magreakciók. Targetmag

Atomreaktorok üzemtana. Az üzemelő és leállított reaktor, mint sugárforrás

PROMPT- ÉS KÉSŐ-GAMMA NEUTRONAKTIVÁCIÓS ANALÍZIS A GEOKÉMIÁBAN I. rész

8. AZ ATOMMAG FIZIKÁJA

Az ionizáló sugárzások fajtái, forrásai

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

RADIOKÉMIA. László Krisztina, F ép. I. lh., I. emelet, 135

Maghasadás (fisszió)


Radiokémia vegyész MSc radiokémia szakirány Kónya József, M. Nagy Noémi: Izotópia I és II. Debreceni Egyetemi Kiadó, 2007, 2008.

FIZIKA. Sugárzunk az elégedettségtől! (Atomfizika) Dr. Seres István

Atomfizika. Az atommag szerkezete. Radioaktivitás Biofizika, Nyitrai Miklós

Izotóp geológia: Elemek izotópjainak használata geológiai folyamatok értelmezéséhez.

Az atom felépítése Alapfogalmak

Első magreakciók. Exoterm (exoerg) és endoterm (endoerg) magreakciók. Coulomb-gát küszöbenergia

Magfizika tesztek. 1. Melyik részecske nem tartozik a nukleonok közé? a) elektron b) proton c) neutron d) egyik sem

Jegyzet. Kémia, BMEVEAAAMM1 Műszaki menedzser hallgatók számára Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár Dr Madarász János, egyetemi docens.

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

Maghasadás, láncreakció, magfúzió

Az atommagtól a konnektorig

Rádl Attila december 11. Rádl Attila Spalláció december / 21

Az atommag összetétele, radioaktivitás

Az ionizáló sugárzások előállítása és alkalmazása

Az atom szerkezete. Az eltérülés ritka de nagymértékű. Thomson puding atom-modellje nem lehet helyes.

A radioaktív bomlás típusai

FIZIKA. Atommag fizika

FIZIKA. Radioaktív sugárzás

Magsugárzások, Radioaktív izotópok. Az atom alkotórészei. Az atom felépítése. A radioaktivitás : energia kibocsátása

Atommagok alapvető tulajdonságai

Radioaktivitás. 9.2 fejezet

Általános Kémia, BMEVESAA101

Neutron Aktivációs Analitika

Az atommag összetétele, radioaktivitás

Általános Kémia, BMEVESAA101 Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár. Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár,

Mag- és neutronfizika 9. elıadás

FENNTARTHATÓ FEJLİDÉS ÉS ATOMENERGIA


A gamma-sugárzás kölcsönhatásai

Sugárzás kölcsönhatása az anyaggal 1. Fény kölcsönhatása az anyaggal. 2. Ionizáló sugárzás kölcsönhatása az anyaggal KAD

Sugárterápia. Ionizáló sugárzások elnyelődésének következményei. Konzultáció: minden hétfőn 15 órakor. 1. Fizikai történések

Határtalan neutrínók

Sugárterápia. Ionizáló sugárzások elnyelődésének következményei

A nukleáris fizika története, a nukleáris energetika születése

Radioaktív izotópok előállítása. Általános módszerek

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal. Dr. Vincze Árpád

Atomenergetikai alapismeretek

Radioaktív sugárzások tulajdonságai és kölcsönhatásuk az elnyelő közeggel. A radioaktív sugárzások detektálása.

Az ionizáló sugárzások előállítása és alkalmazása

Modern fizika vegyes tesztek

A Lederman-Steinberger-Schwartz-f ele k et neutrn o ks erlet

Radioaktivitás és mikrorészecskék felfedezése

Bővített fokozatú SUGÁRVÉDELMI TANFOLYAM

Izotóp geológia: Elemek izotópjainak használata geológiai folyamatok értelmezéséhez.

Az ionizáló sugárzások el állítása és alkalmazása

A Nukleáris Medicina alapjai

(A Scientific American újság augusztusi számában megjelent cikk alapján)

MAGFIZIKA. a 11.B-nek

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

Energetikai mérnökasszisztens Mérnökasszisztens

Radioaktív sugárzások tulajdonságai és kölcsönhatásuk az elnyelő közeggel. A radioaktív sugárzások detektálása.

Az atommag szerkezete

RADIOKÉMIA SZÁMOLÁSI FELADATOK Szilárdtest- és Radiokémiai Tanszék

Neutrínó oszcilláció kísérletek

Sugárvédelem kurzus fogorvostanhallgatók számra. Töltött részecskék elnyelődése. Sugárzások és anyag kölcsönhatása. A sugárzások elnyelődése

Röntgensugárzás. Röntgensugárzás

Bevezetés a magfizikába

Sugárvédelem nukleáris létesítményekben. Átfogó [fenntartó] SVK Osváth Szabolcs (OKK-OSSKI-LKSO)

Bevezetés a részecske fizikába

A sugárzás és az anyag kölcsönhatása. A béta-sugárzás és anyag kölcsönhatása

ODE SOLVER-ek használata a MATLAB-ban

Az atom felépítése Alapfogalmak

IDTÁLLÓ GONDOLATOK MOTTÓK NAGY TERMÉSZET TUDÓSOK BÖLCS GONDOLATAIBÓL A TUDOMÁNY ÉS A MINDEN NAPI ÉLET VONAKOZÁSÁBAN

Az anyagi rendszerek csoportosítása

I. Az anyagszerkezetről alkotott kép változása Ókori görög filozófusok régi kérdése: Miből vannak a testek? Meddig osztható az anyag?

Mag- és neutronfizika

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Fizika 2 (Modern fizika szemlélete) feladatsor

Tantárgy neve. Környezetfizika. Meghirdetés féléve 6 Kreditpont 2 Összóraszám (elm+gyak) 2+0

Kémiai reakciók sebessége

Neutrinódetektorok és részecske-asztrofizikai alkalmazásaik

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

NEUTRON-DETEKTOROK VIZSGÁLATA. Mérési útmutató BME NTI 1997

Hadronok, atommagok, kvarkok

Atomfizika. Az atommag szerkezete. Radioaktivitás Biofizika, Nyitrai Miklós

-A radioaktivitás a nem stabil (úgynevezett radioaktív) atommagok bomlásának folyamata. -Nagyenergiájú ionizáló sugárzást kelt Az elnevezés: - radio

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Az asztrofizikai p-folyamat kísérleti vizsgálata befogási reakciókban

Bevezetés a modern fizika fejezeteibe. 4. (e) Kvantummechanika. Utolsó módosítás: december 3. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

Az atomhéj (atommag körüli elektronok) fizikáját a kvantumfizika írja le teljes körűen.

Prompt-gamma aktivációs analitika. Révay Zsolt

Sugárvédelem kurzus fogorvostanhallgatók számra. Méretek. Az ionizáló sugárzások fajtái. 1. Atomfizika, Radioaktivitás és Röntgensugázás

Radioaktív izotópok a környezetben

Elemanalitika hidegneutronokkal

KOVÁCS ENDRe, PARIpÁS BÉLA, FIZIkA II.

Elemi részecskék, kölcsönhatások. Atommag és részecskefizika 4. előadás március 2.

Úton az elemi részecskék felé. Atommag és részecskefizika 2. előadás február 16.

Belső szimmetriacsoportok: SU(2), SU(3) és a részecskék rendszerezése, a kvarkmodell alapjai

Miért érdekes? Magsugárzások. Az atommag felépítése. Az atom felépítése

XLVI. Irinyi János Középiskolai Kémiaverseny február 6. * Iskolai forduló I.a, I.b és III. kategória

Átírás:

A sugárzások és az anyag fizikai kölcsönhatásai A kölcsönhatásban résztvevő partner 1. Atommag 2. Az atommag erőtere 3. Elektron (szabad, kötött) 4. Elektromos erőtér 5. Molekulák 6. Makroszkopikus rendszerek 1,2 abc: magreakciók 3,4 abc: ionizáló sugárzások kcshsai 5,6 abc: nem ionizáló sugárzások kcshsai a., b., c., Mechanizmus Elnyelődés (abszorpció) s: DI, DE; a: E kin + E* Koherens szórás (nincs energia átadás) s: DI Inkoherens szórás s: DI, DE (van energiaátadás) --> rugalmas, a: E kin (nincs gerjesztés) -->rugalmatlan a: E kin + E* (gerjesztés is van)

Sugárzások osztályozása 1. Magaktív töltött részecskék (p, d,t, alfa: m o > m e ) 2. Magidegen töltött részecskék (e+, e-) 3. Töltés nélküli (n: m o > 0) 4. Töltés és nyugalmi tömeg nélküli (elektromágneses sugárzások)

Magreakciók RUTHERFORD 1919 14 7 általában a N α X X(a, b)y 17 8 : Y O b p Megmaradási elvek: Nukleonok száma Elektromos töltés Energiamegmaradás Impulzusnyomaték Impulzus Spin Paritás

Energiamegmaradás E A E Y E A E X Q E= E kin + mc 2, magreakciók során felszabaduló energia: Q Reakció Q(MeV) (n,), (p,) 82 (n,p),(p,n) 02 (n,), (p,) 42 (n), (,p) -82 Urán hasadás 200 Termonukleáris reakció: 17.6 Pl.: 3 H(d,n) 4 He Kémiai reakció: 3*10-6 / molekula H 2 + 1/2O 2 H 2 0

Magreakciók mechanizmusa Bohr: az a részecske beépülésével egy gerjesztett átmeneti mag jön létre N α 18 17 F O p 14 7 9 8 A gerjesztési energia(e*) két részből tevődik össze: E* = E k + E a ahol E k a beépült részecske kötési energiája E a az a részecske kinetikus energiája A reakció termékei az átmeneti mag összetételétől és energiájától függnek 10 B 12 C α d 14 N * 10 B 13 C 13 N α p n

HATÁSKERESZTMETSZET A magreakció k sebessége (R) : R σ N, ahol σ - hatáskeresztmetszet - beeső részecskefluxus N - a célmagok száma egységnyi A A felületen S σ s: effektív felületként képzelhető el, amit ha eltalál a bombázó részecske, a reakció végbemegy egysége: 1 barn = 10-28 m 2

Magreakciók töltött részecskesugárzással E Coulomb gát: C Za ZX e R R a R 1,5 10 13 X 2 A 0,624 10 1/3 cm 6 MeV a X R a + R X Protonoknál: 1-12 MeV Alfa: 2-24 MeV alagúteffektus

Magreakciók alfa-sugárzással Rugalmas szóródás Rutherford Szórási képlete: A szögben szórt részecskék E energiája E/E 0 - tömegszám függés! Felület analitikai módszer: Rutherfor Backscattering Spectroscopy (RBS) E E 0 4 A cos 4 1 A 4 1 A 2 sin 2 2

Fontosabb alfa magreakciók - magreakciók ( n) reakciók: 9 Be + --> n + 12 C Laboratóriumi neutron forrás. Az alfa forrás lehet: Ra, Rn, Po, Am, Pu, stb. 11 B + --> n + 14 C ( p) reakciók: 14 N + --> p + 17 O Rutherford

Magreakciók egyéb töltött részecskékkel p, d - sugárzás 12 C + p --> + 13 N b + sugárzó Protondús (neutronhiányos) magok előállítása: Gyakorlati jelentőség: PET-Debrecen Izotóp 15 O 11 C 13 N 18 F (F - ) 18 F (F 2 ) T 1/2 (perc) 2.05 20.39 9.96 109.8 109.8 Magreakció 14 N(d,n) 15 O 14 N(p,) 11 C 16 O(p,) 13 N 18 O(p,n) 18 F 20 Ne(d,) 18 F Célanyag 99 % N 2 1% O 2 N 2 ( 16 O) Víz ( 18 O)Víz 0.33% F 2 Neon-ban Termék 15 O 2 (gáz) 11 CO 2 / 11 CO (gáz) Előállítható Aktivitás 74 GBq (2 Ci) 111GBq (3 Ci) 13 NH 3 (Folyadék) 18 F - (Folyadék) 15 GBq (0,4Ci) 185 GBq (5 Ci) 18 F 2 (gáz) 11GBq (0,3 Ci)

T(d,n) 4 He hordozható neutronforrás 10 GBq T, W-ra gőzölt Zr

Termonukleáris reakciók 1. Proton-proton lánc - naptípusú csillagok alapvető energiaforrása 1 H + 1 H --> 2 H + e + + neutrínó T min = 1 millió K 2 H + 1 H --> 3 He + e + + e - --> 2 a keletkező gamma sugarak elnyelődnek a csillagok belsejében és gerjesztés útján látható tartományú fotonokká transzformálódnak. 1 gamma fotonból kb. 200 000 látható foton keletkezik. 3 He + 3 He --> 4 He + 2 1 H A neutrínó elhagyja a csillagot. 600 millió t H ég el másodpercenként és T min = 10 millió K 596 millió t He keletkezik. Nagy tömegű csillagokban beindul az un. Triple-alfa folyamat: 4 He + 4 He + 4 He --> 12 C T min = 100 millió K 12 C + 4 He --> 16 0 + 16 0 + 4 He --> 20 Ne + Nagyobb tömegű csillagokban ahol a hőmérséklet nagyobb, mint 500 mk nagyobb magok égése is beindul:

A Nap-neutrínó probléma Neutrínó: W. Pauli jósolta meg elméletileg, kísérletileg Reines éa Cowan mutatta ki 1956-ban. A Napban lejátszódó folyamatokat csak közvetve tudjuk ellenőrizni. Ez a csak a Napot elhagyó egyetlen reakciótermék, a neutrínók vizsgálatával lehetséges. Feladat: detektáljuk a Nap p-p láncából származó neutrínókat. 1970-ben 100,000 gallon perchloroethylene -- C 2 Cl 4 tartalmazó tartályban a következő reakciót figyelték: 37 Cl + neutrínó--> 37 Ar + e - (E.X. 35 napos felezési idő) A tartályt 1.5 km mélyen helyezték el egy aranybányában (Homestake bánya, Lead, SD, USA). A p-p lánc alapján 3 Argon atom keletkezését várták naponta, amit radioaktivitása útján könnyű detektálni. Eredmény: csak 1/3 mennyiséget mértek. A kísérlet 20 éve folyik és más obszervatóriumok is (Japán (Kamiokande), Oroszország (SAGE = Soviet(sic)-American Gallium Experiment) és Olaszország (GALLEX)) hasonló eredményt közöltek. Probléma: hol a hiányzó neutrínó? Részletes információ: http://www.sns.ias.edu/~jnb/papers/popular/snhistory.html

Neutron magreakciók A He kivételével minden elem Mindig exoterm A hatáskeresztmetszet erősen energia függő

235 U neutron befogási hatáskersztmetszete függése a neutron energiától

(n,) reakciók a leggyakoribbak. Példa: Magreakció (n,p) reakciók: s [barn] 23 Na(n,) 24 Na 0.53 109 Ag(n,) 110m Ag 2.2 59 Co(n,) 60 Co 20 35 Cl(n,) 36 Cl 40 113 Cd(n,) 114 Cd 6.31*10 4 135 Xe(n,) 136 Xe 2.7*10 6 14 N (n,p) 14 C Az élő szervezetben a 14 C/ 12 C arány kb. 1/8.3*10 11, ami 15 bomlás/perc/g szén b - 14 N (n,t) reakciók: 14 N + n --> 3 H + 12 C (n,) reakciók: Magreakció s [barn] 10 B(n,) 7 Li 3*10 3 6 Li(n,) 3 T 900

Bór Neutron Befogásos Terápia (BNCT) BSH (Na 2 B 12 H 11 SH) BSH -3R (Na 2 B 12 H 11 S-R-R-R R= Arginin)

Neutron aktivációs analízis (NAA) Promt-gamma aktivációs analízis (PGAA)

Az aktiválás időtörvénye Kérdés: hogyan adható meg egy pl. neutron abszorpcióval előállítható izotóp aktivitása a besugárzási idő függvényében? N db célatommag A Φ σ B λ C A keletkező radioaktív B magok mennyisége (N * ) időbeli változása: dn dt * s N N *

Ha t=0 esetben N*=0, akkor: A A ahol A 1 exp( t) s N

Budapesti Kutató Reaktor

PGAA érzékenysége

(n,f) reakciók, maghasadás (Otto Hahn): 235 U n 236 U 3n 90 Kr 143 Ba A természetes uránnak csak 0.71%-a 235-ös izotóp, a többi 238-as, amely termikus neutronokkal nem hasítható

235-U hasadvány-termékei eloszlása Hozam 1.0 0.01 80 100 140 160 Tömegszám

(n,f) reakcióra képes magok Izotóp Kiindulási anyag Hatásos neutron 235-U Természetes urán termikus 233-U Természetes tórium, termikus neutron besugárzás 239-Pu 238-U neutron termikus besugárzás 241-Pu 238-U neutron termikus besugárzás 238-U Természetes urán gyors 232-Th Természetes tórium gyors

Láncreakció k - sokszorozási tényező: szekunder neutronok száma k primer neutronok száma

A rendszer lehet: szuperkritikus - atombomba szubkritikus kritikus - atomreaktor

Véges méretű rendszer esetén un. effektív sokszorosítási tényezőről beszélünk: k ahol k P - az adott méretektől függő paraméter a méret növeléséve l P közelít az egyhez. Kritikus térfogat (tömeg) esetén : k eff eff k P - végtelen kiterjedés ű rendszer sokszorosí 1.0 - a rendszer kritikussá válik. tási tényezője

Rezonancia abszorpció - Mössbauer-effektus Probléma: visszalökődés Megoldás: Dopler-elv Vizsgálható izotópok: 40 K, 57 Fe, 119 Sn, 121 Sb, 153 Eu, 191 Ir, 195 Pt, 197 Au

Magreakciók fotonokkal Neutronforrás: 2 H(,n) 1 H a D kötési energiája 2,2MeV ezért pl. 24 Na, E=2,76MeV-al szétlőhető!