ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΟΡΓΑΝΟΛΟΓΙΑ Κ. Ποτηριάδης

Ανιχνευτές Ραδιενέργειας Ανιχνευτές αερίων και ανιχνευτές στερεάς κατάστασης Ανιχνεύουν: φωτόνια νετρόνια φορτισμένα σωματίδια Χρησιμοποιούνται για την: μέτρηση δόσης φασματοσκοπική ανάλυση πεδίου ακτινοβολιών απεικόνιση

Εφαρμογές Χρησιμοποιούνται σε: ιατρικές εφαρμογές μέτρηση ραδιενέργειας περιβάλλοντος έκτακτες ανάγκες μετρήσεις στην πυρηνική φυσική / υψηλές ενέργειες εργαστήρια βαθμονόμησης

Εργαστηριακοί ανιχνευτές μέτρησης γ-, α- και β-ακτινοβολίας Ανιχνευτής ολικής α/β ακτινοβολίας Ανιχνευτές HPGe για τη μέτρηση γ-ακτινοβολίας Ανιχνευτές Si για τη μέτρηση α-ακτινοβολίας Ανιχνευτές Rn

Εσωτερική δοσιμετρία (μετρήσεις in vivo) Μετρητής θυροειδούς Μετρητής ολόσωμης ακτινοβολίας

Φορητοί ανιχνευτές γ-ακτινοβολίας NaI, Ge, Si-pin, HgI2, CsI, BGO, CZT

Θάλαμοι ιονισμού Model PIC-6 pressurized Model 450 Model 450P non-pressurized Model 450P pressurized

Αναλογικοί θάλαμοι ιονισμού Alpha air proportional (Alpha survey) Xenon gas proportional (low level beta survey) Large area gas proportional (alpha – beta survey)

Ανιχνευτές σπινθηρισμού Alpha probes - ZnS(Ag) Alpha-beta probe ZnS + plastic Beta probe Plastic scintillator

Τηλεμετρικοί ανιχνευτές για τον έλεγχο ραδιενέργειας περιβάλλοντος και για τον έλεγχο των συνόρων

Αβεβαιότητες στις μετρήσεις ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΟΡΓΑΝΟΛΟΓΙΑ Αβεβαιότητες στις μετρήσεις

Αβεβαιότητες στις Μετρήσεις Οι αβεβαιότητες στη μέτρηση προέρχονται από διάφορες πηγές. Μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε δύο ομάδες ανάλογα με τον τρόπο που υπολογίζονται: A) Σε αυτές που προσδιορίζονται με στατιστικές μεθόδους B) Σε αυτές που υπολογίζονται με άλλους τρόπους. x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x

Περιγραφή των κατανομών με εκτιμήτριες Μετρήσεις - Παρουσίαση των Μετρήσεων - Κατανομή συχνοτήτων x1,, x2, x3, …, xi, …,xn Περιγραφή των κατανομών με εκτιμήτριες 1) Μέση τιμή 2) Διασπορά

Διασπορά της μέσης τιμής Για μεγάλα n τα x(i) τείνουν προς την κατανομή Gauss ανεξάρτητα από την κατανομή των xj(i). Η διασπορά των x(i) δίνεται από τη σχέση:

Κατανομή των γεγονότων στις μετρήσεις ραδιενέργειας Πηγή Ανιχνευτής Καταμετρητής pα = p1∙p2 ∙p3 pα= πιθανότητα καταγραφής p1 = πιθανότητα εκπομπής φωτονίου στο χρονικό διάστημα Δt p2 = πιθανότητα να κατευθυνθεί στον ανιχνευτή (Ω/4π) p3 = πιθανότητα να ανιχνευθεί (απόδοση του ανιχνευτή) Χρονόμετρο Δt = σταθερό n p (1-pα)10 Ν=10 (αριθμός των πυρήνων), pα=0.2 (για Δt) ( ) 10 1 ∙ pα ∙(1-pα)9 . . . . . 1 (1-pα) (1-pα) (1-pα) . . . . . . . . (1-pα) ( ) 10 2 ∙ pα2 ∙(1-pα)8 . . . . . 2 pα (1-pα) (1-pα) . . . . . . . . (1-pα) n ) x ( = n! (n-x)! x! n: αριθμός καταγεγραμμένων φωτονίων p: πιθανότητα καταγραφής . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pα pα pα . . . . . . . pα

Διωνυμική Κατανομή Ιδιότητες

Κατανομή Poisson Ιδιότητες

Κανονική κατανομή ή Κατανομή Gauss Ιδιότητες

Εφαρμογή στατιστικών μοντέλων (1) Σύνολο από Ν πειραματικά δεδομένα Πειραματικά δεδομένα Στατιστικό μοντέλο Σύνολο από Ν πειραματικά δεδομένα Η τιμή s2 πρέπει να προσεγγίζει το σ2 Στατιστικός έλεγχος χ2

Εφαρμογή στατιστικών μοντέλων (2) Πειραματικά δεδομένα Στατιστικό μοντέλο Μία μέτρηση = x Poisson ή κανονική s2 = σ2

Αβεβαιότητες στις μετρήσεις ραδιενέργειας Για x=100

Μετάδοση σφαλμάτων

ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΟΡΓΑΝΟΛΟΓΙΑ Ανιχνευτές Αερίου

Ανιχνευτές Αερίου Οι ανιχνευτές αερίου χρησιμοποιούνται εκτεταμένα για τη μέτρηση της έκθεσης και για τη μέτρηση της απορροφούμενης δόσης. Τύποι των ανιχνευτών (ενδεικτικά): Ανιχνευτές μικρού όγκου Πρότυποι θάλαμοι για τη μέτρηση της έκθεσης Θάλαμοι ιοντισμού για δοσιμετρία e- Θάλαμοι ιοντισμού υψηλής πίεσης

Ανιχνευτές αερίου φωτόνια e- Η ακτινοβολία-γ μεταφέρει την ενέργεια της στο υλικό του στόχου στο οποίο προσπίπτει σε δύο στάδια: Μεταφέρει την ενέργεια στα e- του υλικού Η ενέργεια των e- απορροφάται από το υλικό, κυρίως με τη δημιουργία ζευγών ιόντων ηλεκτρονίων. e- ιόν e-

Δημιουργία e- από δέσμη φωτονίων (x, γ) ħω ιόν

Ανιχνευτές αερίου φωτόνια e- Kerma Absorbed dose

Δημιουργία e- ισορροπίας L: μέση ελεύθερη διαδρομή Ν(x) Ν1 = Ν0 e -μx Ν2 Νο φωτόνια e- Ν1 Νο φωτόνια L: μέση ελεύθερη διαδρομή 1 2 3 4 4 4 4 4 4

Σχέση απορροφούμενης δόσης και kerma Absorbed dose Χωρίς τον υπολογισμό της απορρόφησης της πρωτογενούς δέσμης των φωτονίων Kerma Με τον υπολογισμό της απορρόφησης της πρωτογενούς δέσμης των φωτονίων Absorbed dose

Μέτρηση απορροφούμενης δόσης (κοιλότητα Bragg – Gray) αέρας τοιχώματα Η διόρθωση λόγω της διαφοράς στην ισχύ ανάσχεσης των e- στο τοίχωμα – αέρα είναι:

Σχηματικό διάγραμμα μετρητή απορροφούμενης δόσης αέρας τοιχώματα μέσον

Αλληλεπίδραση των e- με τα άτομα του αερίου Αντιδράσεις διέγερσης : x + p → x* + p Είναι αντιδράσεις συντονισμού. Τυπικές ενεργές διατομές: σ ≈ 10-17 cm2 Ιοντισμός (πρωτογενής και δευτερογενής: x + p → x+ + p + e- Τυπικές ενεργές διατομές: σ ≈ 10-16 cm2 Φαινόμενο Penning: Ne* + Ar → Ne + Ar+ + e- Δημιουργία φορτισμένων μορίων: He+ + He → He2+

Ενέργειες διέγερσης και ιοντισμού

Φαινόμενα επανασύνδεσης Επανασύνδεση (recombination): x+ + e- → x + hν Μοριακά ιόντα: Χ+ + Υ- → ΧΥ + hν Πρόσδεση e- (e- attachment): Χ + e- → Χ- + hν

Διάχυση με μεταφορά φορτίου Διάχυση, συγκρούσεις με μεταφορά φορτίου, επανασύνδεση: Επανασύνδεση στήλης Επανασύνδεση όγκου n+(n-) : πυκνότητα θετικών (αρνητικών) φορέων α : συντελεστής επανασύνδεσης Κινητικότητα φορτίων : u : ταχύτητα ολίσθησης μ : συντελεστής ευκινησίας Ε : ένταση ηλεκτρικού πεδίου p : πίεση του αερίου ( μe = 1000 μi )

Περιοχή επανασύνδεσης Ρεύμα ιοντισμού Περιοχή επανασύνδεσης

Θάλαμοι ιοντισμού Μέτρηση ρεύματος ιοντισμού Θάλαμοι ιοντισμού Μέτρηση ρεύματος ιοντισμού Δυναμικά μεταβαλλόμενος πυκνωτής Ηλεκτρόμετρο

Θάλαμοι ιοντισμού – σχήμα παλμού Θάλαμοι ιοντισμού – σχήμα παλμού Αρχική αποθηκευμένη ενέργεια Ενέργεια απορροφούμενη από τα ιόντα Ενέργεια απορροφούμενη από τα e- Εναπομένουσα αποθηκευμένη ενέργεια = + +

Θάλαμοι ιοντισμού με πλέγμα – σχήμα παλμού Θάλαμοι ιοντισμού με πλέγμα – σχήμα παλμού

Αναλογικοί ανιχνευτές Αύξηση των e- συναρτήσει της απόστασης που διανύουν

Αναλογικοί ανιχνευτές Επίδραση των φορτίων χώρου Τα θετικά ιόντα έχουν μεγάλη συγκέντρωση κοντά στην άνοδο μ’ αποτέλεσμα να μειώνεται το ηλεκτρικό πεδίο στην περιοχή όπου κυρίως λαμβάνει χώρα ο πολ/σμός των ηλεκτρικών φορτίων. V: τάση μεταξύ ανόδου και καθόδου α: διάμετρος του σύρματος ανόδου b: εσωτερική διάμετρος της καθόδου

Επιλογή αερίων για αναλογικούς ανιχνευτές Στην περιοχή της ανόδου παράγονται φωτόνια τα οποία μπορούν να δημιουργήσουν δευτερογενή e- όταν αλληλεπιδράσουν με το υλικό της καθόδου. Διαταράσσεται η γραμμικότητα ή/και δημιουργούνται δευτερογενείς παλμοί. Χρησιμοποιούνται πολυατομικά μόρια για την απορρόφηση αυτών των φωτονίων (Quench gas). Προστίθεται αέριο του οποίου τα άτομα (B) έχουν ενέργεια ιοντισμού μικρότερη από την ενέργεια διέγερσης του μετασταθούς ατόμου (A*). Φαινόμενο Penning: A* + B → A + B+ + e- Αποδιεγείρονται τα A*. Μειώνεται η τιμή του W (π.χ. Για το Ar το W μπορεί από 26.2 eV να γίνει 20.3eV με προσμείξεις αιθανόλης).

Ανιχνευτές α/β ακτινοβολίας Μέτρηση α ακτινοβολίας Μέτρηση α και μέτρηση β ακτινοβολίας

Ανιχνευτές Geiger Muller Επίδραση φορτίων χώρου (διαμόρφωση – χρονική εξέλιξη δυναμικών, τέλος καταιγισμού)

Επιλογή αερίων για ανιχνευτές Geiger Muller

Σχήμα παλμού στους ανιχνευτές Geiger Muller Threshold

Απόδοση ανιχνευτών Geiger Muller