Ντόμαρη Ελένη Λάσκαρης Γιώργος Υπεύθυνη καθηγήτρια: Κα Βλαστού Φασματοσκοπία-α Ντόμαρη Ελένη Λάσκαρης Γιώργος Υπεύθυνη καθηγήτρια: Κα Βλαστού

Περίληψη Σωμάτια-α Θεωρία της εκπομπής α Φασματοσκοπία α Πειραματική διάταξη Πειραματική διαδικασία Αποτελέσματα μετρήσεων Συμπεράσματα-εφαρμογές φασματοσκοπίας α Βιβλιογραφία

Τι είναι η φασματοσκοπία-α; Μέθοδος ανίχνευσης ραδιονουκλιδίων που εκπέμπουν α-ακτινοβολία, πχ : Ακτινίδες (Θόριο, Ουράνιο, Πλουτώνιο, Αμερίκιο και Κιούριο ) Πολώνιο-210 Ράδιο-226 Παρέχει τη δυνατότητα προσδιορισμού όλων των ισοτόπων των ακτινίδων, εάν το ουράνιο είναι φυσικό, απεμπλουτισμένο ή εμπλουτισμένο Μερικά από τα ισότοπα που ανιχνεύονται: Θόριο (Th-232, Th-230, Th-228) Ουράνιο (U-238, U-236, U-235, U-234) Πλουτώνιο (Pu-239/240, Pu-238) Αμερίκιο (Am-241)

Από τι αποτελείται η ακτινοβολία που εκπέμπεται από τον πυρήνα; Από τι αποτελείται η ακτινοβολία που εκπέμπεται από τον πυρήνα;

Εμβέλεια σωματίων-α εμβέλεια = το ολικό μήκος της τροχιάς που πραγματοποιεί το σωμάτιο Εξάρτηση από την αρχική ταχύτητα του σωματίου Εμβέλεια στον αέρα: 2-10 cm Εμβέλεια στα στερεά υλικά: πάρα πολύ μικρή επιφανειακή πυκνότητα μάζας : d = m/s ή d = ρSl/S = ρl απώλεια ενέργειας ανά μονάδα μήκους dE/dx (σχέση Bethe – Bloch )

Μέθοδοι καθορισμού της φύσης της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας χρησιμοποίηση μαγνητικού πεδίου χρησιμοποίηση ηλεκτρικού πεδίου Τα σωμάτια α και β, όσο και οι ακτίνες γ, εκπέμπονται από τον πυρήνα Τα σωμάτια α και β έχουν και φορτίο και μάζα Στον πυρήνα συμβαίνει μεταστοιχείωση Περιορισμός στην αρχή της αφθαρσίας της ύλης που παραδέχεται η Χημεία

Διάσπαση-α 1896: Becqurel(Γάλλος/βραβείο Nobel 1903 ) – ανακάλυψη ορυκτών ουρανίου που εκπέμπουν ακτινοβολία → αμαύρωση των φωτογραφικών πλακών , εκφόρτιση ηλεκτροσκοπίου ραδιενέργεια → στοιχεία στο τέλος του περιοδικού συστήματος (ραδιενεργά στοιχεία) 1903 :βραβείο Nobel στο ζεύγος Curie για την ανακάλυψη του Ra 1911 :βραβείο Nobel Χημείας στη Maria Curie 1903: ο Rutherford μέτρησε το φορτίο ανά μονάδα μάζας εκτρέποντας α σωμάτια σε ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία 1908 : ο Rutherford αναγνώρισε τα σωμάτια-α σαν πυρήνες He

Γιατί συμβαίνει η διάσπαση-α ; αποτέλεσμα της άπωσης Coulomb σημαντική για τους βαρείς πυρήνες διότι η δύναμη Coulomb αυξάνεται ανάλογα με το μέγεθος του πυρήνα με ρυθμό Ζ2

Διάσπαση α

Διατήρηση της ενέργειας ενέργεια του αρχικού συστήματος :mxc2 τελική ολική ενέργεια: mx’c2 + Tx’ + mαc2 + Tα από τη διατήρηση της ενέργειας έχουμε : mxc2= mx’c2 + Tx’ + mαc2 + Tα → (mx -mx’- mα) c2= Tx’+ Tα καθαρή ενέργεια : Q= (mx –mx’- mα) c2 Αυθόρμητη διάσπαση: Q>0

Ενέργεια που απελευθερώνεται από διάφορα εκπεμπόμενα σωματίδια Εκπεμπόμενα σωματίδια Ενέργεια που απελευθερώνεται [ΜeV] n -7.26 1H -6.12 2H -10.70 3H -10.24 4He +5.41 3He -9.92 5He -2.59 6He -6.19 6Li -3.79 7Li -1.94

αν και ένας πυρήνας μπορεί να αναγνωρίζεται σαν εκπομπός α δεν είναι αρκετό αυτό για να γίνει α διάσπαση Αυτή η σταθερά διάσπασης δεν πρέπει να είναι πολύ μικρή αλλιώς η εκπομπή α θα συμβεί πολύ σπάνια πράγμα που σημαίνει πως ίσως μπορεί να μην ανιχνευτεί Με τις παρούσες τεχνικές αυτό φανερώνει ότι ο χρόνος ημιζωής θα πρέπει να είναι μικρότερος από 1016y Οι περισσότεροι πυρήνες με Α>190 (και ίσως με 150<Α<190) είναι ενεργειακά ασταθείς ενάντια στην διάσπαση α αλλά μόνο μισοί απ’ αυτούς μπορούν να εκπληρώσουν τις προϋποθέσεις

Μια τυπική διάσπαση α απελευθερώνει ενέργεια περίπου ίση με 5 ΜeV Τα<< mc2 Τ=P2/2m Tα = Q/[1+(mα/ mx’)] Tα = Q[1-(4/Α)] ,για Α>>4 το σωμάτιο α φέρει περίπου το 98% της Q-τιμής Ο πυρήνας Χ’ να φέρει μόνο το 2% Για μια τυπική Q τιμή των 5 ΜeV, ο ανακρουόμενος πυρήνας έχει μια ενέργεια της τάξης των 100keV

Πώς εξηγείται η εκπομπή των σωματίων α από τον πυρήνα; Υποθέτουμε την ύπαρξη φορτισμένου σωματίου σ’ ένα πηγάδι δυναμικού Περιοχή (r<α): Κίνηση στην περιοχή αυτή με Εκιν=Q+Vo Κλασικά δεν μπορεί να δραπετεύσει από την περιοχή αυτή Περιοχή α< r<b: αποτελεί ένα φράγμα δυναμικού Κλασικά το σωματίδιο α δεν μπορεί να μπει σ’αυτήν την περιοχή από καμία κατεύθυνση Περιοχή r>b: κλασικά μία επιτρεπτή περιοχή έξω από το φράγμα.

Κβαντομηχανική ερμηνεία κλασικά→απότομη αντιστροφή της κίνησής του κάθε φορά που προσπαθεί να περάσει το r=α Κβαντικά → ευκαιρία διαφυγής (φαινόμενο σήραγγας → πυρηνικές διασπάσεις → σχετικώς απίθανη διαδικασία στις χαμηλές ενέργειες ) Στην περίπτωση του 238U για παράδειγμα, η πιθανότητα διαφυγής είναι τόσο μικρή που το σωματίδιο α πρέπει κατά μέσο όρο να προσπαθήσει περίπου 1038 φορές μέχρι να διαφύγει!!!

1911: Οι Geiger και Nuttall παρατήρησαν ότι τα εκπεμπόμενα σωμάτια α με μεγάλες ενέργειες διάσπασης έχουν μικρούς χρόνους ημιζωής και αντιστρόφως 232Τh (1.4*1010 y, Q=4.08MeV) και 218Τh (1.0*10-7s, Q=9.85MeV). ένας παράγοντας 2 στην ενέργεια έχει ως συνέπεια ένα παράγοντα 1024 στο χρόνο ημιζωής!!! Θεωρητική εξήγηση των Geiger-Nuttall ένας από τους πρώτους θριάμβους της Κβαντικής Μηχανικής

Τι μπορούμε να μάθουμε σχετικά με τα ενεργειακά επίπεδα του πυρήνα μελετώντας την α-διάσπαση; Διάσπαση του 251Fm(5.3h) στα διάφορα ενεργειακά επίπεδα του 247Cf Τα επίπεδα του 247Cf είναι επίσης κατειλημμένα από τη β-διάσπαση του 247Es (χρόνος ημιζωής: 4.7min ) → πολύ δύσκολο να το χρησιμοποιήσουμε για να προβλέψουμε τα επίπεδα ενέργειας του 247Cf

Ενεργειακό φάσμα σωματιδίων-α της διάσπασης του 251Fm

Για να βρούμε τις ενέργειες διάσπασης (οι οποίες είναι οι σχετικές ενέργειες των πυρηνικών καταστάσεων) πρέπει να χρησιμοποιήσουμε τη σχέση Tα = Q[1-(4/Α)] Ομάδα α Ενέργεια α [ΚeV] Ενέργεια διάσπασης [ΚeV] Ενέργεια διεγερμένης κατάστασης[ΚeV] Ένταση α % α1 7350±3 7423 1,5±0,1 α2 7251±3 7368 55 0,93±0,08 α3 7184±3 7300 123 0,29±0,03 α4 7106±5 7221 202 ≈0,05 α5 6928±2 7040 383 1,8±0,1 α6 6885±2 6996 427 1,7±0,1 α7 6833±2 6944 479 87,0±0,9 α8 6782±2 6892 531 4,8±0,2 α9 6762±3 6872 552 0,38±0,06 α10 6720±3 6829 594 0,44±0,04 α11 6681±4 6789 634 0,07±0,03 α12 6638±3 6745 678 0,56±0,06 α13 6579±3 6686 738 0,26±0,04

Παρατηρούμενες ακτίνες-γ

Ενέργειες και τις εντάσεις που προκύπτουν απ’ τις παρατηρούμενες ακτίνες-γ Ενέργεια [ΚeV] Ένταση (% διασπάσεων) 55,0±0,2 0,58±0,08 67,1±0,2 0,28±0,05 122,1±0,2 331,0±0,3 0,35±0,07 358,3±0,1 17±1,5 372,2±0,4 0,25±0,05 382,2±0,3 1,2±0,13 410,0±0,3 0,50±0,07 425,04±0,1 51±4 477,0±0,3 0,54±0,08 480,4±0,1 21±2 496,0±1 ≈0,08 616,0±1 ≈0,05 623,0±0,8 0,07±0,02 678,0±0,8 0,26±0,06 683,0±1 ≈0,04

Η δουλειά του ντετέκτιβ Πρέπει να λυθεί ένα παλζ συνδυασμών σωματιδίων-α και ακτίνων-γ που να δίνουν τα ενεργειακά επίπεδα του 247Cf Υποθέτουμε ότι η υψηλότερη ενέργεια της διάσπασης-α καταλαμβάνει τη θεμελιώδη κατάσταση του 247Cf Σωστή υπόθεση στην περίπτωση των άρτιων-άρτιων πυρήνων, διότι 0+→0+ οι διασπάσεις-α είναι πολύ ισχυρές και χωρίς διαφορές ανάμεσα στις κυματοσυναρτήσεις των αρχικών και τελικών πυρηνικών καταστάσεων Σε πυρήνα περιττού Α, αρχικές και τελικές θεμελιώδεις καταστάσεις μπορεί να έχουν πολύ διαφορετικούς χαρακτήρες έτσι ώστε η διάσπαση στη θεμελιώδη κατάσταση μπορεί να είναι πολύ ασθενής ή ακόμα και να εξαφανιστεί Οι διασπάσεις στις υψηλότερες ενεργειακές καταστάσεις του 247Cf είναι πολύπλοκες και απαιτούν χρήση πειραματικών τεχνικών χρονικής σύμπτωσης

Coincidence Gate Ακτίνες-γ α5 383.2 α6 372.2 , 383.2 α7 55.0 , 67.1 , 122.1 , 358.3 , 425.4 , 480.4 α8 331.0, 358.3, 410.0 , 425.4 , 477.0 , 480.4 α12 623.0 , 678.0

Ανάλυση των α και γ διασπάσεων και το «τοπίο διάσπασης» που προκύπτει

Εφαρμογές φασματοσκοπίας α Στην ιατρική- έλεγχος δειγμάτων από τον ανθρώπινο οργανισμό (ούρων, περιττωμάτων ) ανάλυση του ουρανίου, θορίου και πλουτωνίου στο νερό στα τρόφιμα στο χώμα σε φίλτρα αέρα δοσιμέτρησης σε περίπτωση εσωτερικής ραδιορύπανσης του προσωπικού σε ερευνητικά κέντρα ή σε περίπτωση ατυχημάτων Τρία στάδια επεξεργασίας: Χημική επεξεργασία: Εξάχνωση, αποτέφρωση, ιζηματοποίηση Απομόνωση του προς ανάλυση ραδιονουκλιδίου από το συνολικό δείγμα: ανιονική-κατιονική χρωματογραφία, εκχύλιση Παρασκευή δοκιμίου : ηλεκτροχημική εναπόθεση του προς μέτρηση ραδιονουκλιδίου σε ατσάλινο πλακίδιο

Πειραματική διάταξη Φασματόμετρο α (SOLOIST,ORTEC ) Ανιχνευτής πυριτίου Τροφοδοτικό του φασματόμετρου (NIM) Περιστροφική αντλία λαδιού(0.01mBar, 75L/min) Πολυκαναλικός αναλυτής Ηλεκτρονικός υπολογιστής Πηγές Μία απόλυτα βαθμονομημένη (Am-241, U-238, U-235, Po-210) Αμερικίου Πολωνίου Φυσικά δείγματα νερού Τριπλή πηγή (Αm-241, Pu-239, Cm-244)

Πλεονεκτήματα ανιχνευτών ημιαγωγών γραμμική απόκριση σε μια μεγάλη κλίμακα ενεργειών μεγαλύτερη διακριτική ικανότητα σε δοσμένο μέγεθος εξαιτίας της μεγάλης πυκνότητας του στερεού σε σχέση με το αέριο πιθανότητα για ειδική γεωμετρική κατασκευή γρήγορος παλμός δυνατότητα να λειτουργεί στο κενό μη ύπαρξη ευαισθησίας σε μαγνητικά πεδία

Ηλεκτρική κατάταξη των στερεών

Αγωγιμότητα στους αγωγούς τα ηλεκτρόνια κινούνται ελευθέρα σε δυναμικό διάφορο του μηδενός στους μονωτές τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να κινηθούν κάτω υπό οποιαδήποτε δυναμικό στους ημιαγωγούς στις χαμηλές θερμοκρασίες τα ηλεκτρόνια δεν κινούνται κάτω από οποιοδήποτε δυναμικό . Όταν η θερμοκρασία των ημιαγωγών αυξάνει τα ηλεκτρόνια κινούνται και το ηλεκτρικό ρεύμα περνάει σε ορισμένη τάση

Οι ηλεκτρονικές καταστάσεις στα στερεά ελεύθερο άτομο ηλεκτρόνια μόνο σε συγκεκριμένες ενεργειακές καταστάσεις στερεά : ενεργειακές καταστάσεις ενεργειακές ζώνες

Σύγκρουση φορτισμένου σωματιδίου μ’ένα ηλεκτρόνιο του ημιαγωγού οπή έλλειψη ενός ηλεκτρονίου Συνεισφορά των οπών στην αγωγιμότητα Η θερμότητα δεν είναι ο μονός τρόπος που η ενέργεια μπορεί να δοθεί σε ένα ηλεκτρόνιο Όμοια αποτελέσματα : απορρόφηση των ακτινοβολιών σύγκρουση με ένα φορτισμένο σωματίδιο

Η αγωγιμότητα των ημιαγωγών j = σ Ε j = e N u σ = e N μ = ( u / E ) Στους ημιαγωγούς και τα ηλεκτρόνια και οι οπές πρέπει να παίρνονται υπό όψη όταν η αγωγιμότητα μετριέται και η έκφραση για την αγωγιμότητα γίνεται σ=e (Neμe+Npμp) οπού Νe και Νp είναι συγκεντρώσεις των ηλεκτρονίων και των οπών αντίστοιχα

Η επαφή P-n Ο σχηματισμός μιας επαφής P-n Οι ανιχνευτές ημιαγωγών λειτουργούν όπως οι θάλαμοι ιονισμού Στους μονιστικούς θαλάμους τα φορτία που προκαλούνται από την ακτινοβολία μαζεύονται με την βοήθεια ενός ηλεκτρικού πεδίου από την τάση Ένας ημιαγωγός n-τύπου έχει περίσσεια σε ηλεκτρόνια Ένας ημιαγωγός p-τύπου έχει περίσσεια σε οπές

Ανάστροφη πόλωση Εξάρτηση του δυναμικού Vo από τις συγκεντρώσεις των οπών –ηλεκτρονίων (της τάξης 0.5 V ) Εάν ένα εξωτερικό δυναμικό Vb ενωθεί με το θετικό πόλο στην περιοχή n-τύπου τότε έχουμε δυναμικό κατά μήκος της περιοχής απογύμνωσης Vo+ Vb ανάστροφη πόλωση . Τέτοιο εξωτερικό δυναμικό τείνει να κάνει την κίνηση των ηλεκτρονίων και των οπών πιο δύσκολη

Η επαφή p-n λειτουργεί ως ανιχνευτής

Η ενεργεία του ζεύγους ηλεκτρονίου-οπή για δυο διαφορετικές θερμοκρασίες Παράδειγμα ενός σωματιδίου 5ΜeV που περνάει μέσα από τον ανιχνευτή και δίνει όλη του την ενέργεια Τα ηλεκτρόνια και οι οπές τράβιουνται μακριά κάτω από την επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου με το φορτίο που μαζεύεται να δίνει έναν παλμό που μπορεί να καταγραφεί

Τι ιδιότητες πρέπει να έχει ένα υλικό όπως το πυρίτιο για να χρησιμοποιηθεί ως ανιχνευτής μεγάλη αντίσταση αλλιώς θα υπάρχει ρεύμα που θα καλύπτει τον παλμό από τα φορτισμένα σωματίδια τα ηλεκτρόνια και οι οπές πρέπει να κινούνται γρήγορα πριν απανενωθούν ή παγιδευτούν ξανά δυνατότητα να αντέχει ισχυρά ηλεκτρικά ρεύματα όσο πιο δυνατό το πεδίο τόσο πιο καλά και γρήγορα το φορτίο συλλέγεται. Επίσης όσο αυξάνεται η τάση τόσο το W αυξάνει για συγκεκριμένους ανιχνευτές . τέλειο κρυσταλλικό πλέγμα , όποια ατέλεια λειτουργεί ως παγίδα.

Ανιχνευτής επιφανειακού φραγμού

Πυρίτιο υψηλής καθαρότητας συνήθως n-τύπου κόβεται στην διεύθυνση (111) . Στην συνεχεία αφήνεται εκτεθειμένο στον αέρα ή σε άλλο οξειδωτικό μέσο για αρκετές μέρες Έτσι δημιουργούνται οπές με μεγάλη πυκνότητα στην επιφάνεια του ανιχνευτή πυριτίου. Αυτό το στρώμα είναι p-τύπου και είναι της τάξης των 0.1 μm .Στην συνέχεια επιμεταλλώνουμε την περιοχή αυτή με χρυσό ώστε να υπάρξει και δεύτερο ηλεκτρόδιο παροχής τάσης Έτσι μπορούμε να δώσουμε τάση στην επαφή p-n

Ο ακριβής μηχανισμός ανίχνευσης των σωματιδίων και ακτινοβολιών ιονισμός των ηλεκτρονίων των ατόμων του κρυστάλλου πυριτίου ώστε να υπερπηδήσουν το ενεργειακό χάσμα και να μεταβούν στην ζώνη αγωγιμότητας Εξειδίκευση του μηχανισμού ανάλογα με τα σωματίδια που μας ενδιαφέρουν Αυτά τα σωματίδια ή οι πυρήνες είναι φορτισμένα και μέσα στο υλικό δρουν ως εξής: εισέρχονται με μια ενέργεια που μπορεί να ιονίσει τα ατομικά ηλεκτρόνια ο ιονισμός συμβαίνει μέσω διαδοχικών σκεδάσεων Compton των φορτισμένων σωματιδίων με τα ηλεκτρόνια των ατόμων του πυριτίου και έτσι έχουμε την δημιουργία ζευγών οπών –ηλεκτρονίου Μόλις τα ηλεκτρόνια περάσουν στη ζώνη αγωγιμότητας συλλέγονται μέσω ενός πεδίου στην άνοδο του ανιχνευτή και οι οπές στην κάθοδο και έτσι παίρνουμε σήμα

Προβλήματα Η πιο συνηθισμένη βλάβη που προκαλείται από τα βαριά σωματίδια είναι η ατέλεια Frenkel που προκαλείται από τη σύγκρουση του σωματιδίου με το άτομο.H σύγκρουση μπορεί να έχει αποτέλεσμα την αντικατάσταση ενός ατόμου .Αυτό το άτομο μπορεί να έχει τόση ενέργεια ώστε να διώξει αλλά άτομα . Τα ελαττώματα στο κρυσταλλικό πλέγμα επηρεάζουν την λειτουργία και την απόδοση του ανιχνευτή γιατί μπορεί να δράσουν ως κέντρα – παγίδες για τα ηλεκτρόνια και τις οπές ή μπορεί να δώσουν νέους δοτές ή αποδέκτες. Νέες παγίδες και νέες ενεργειακές στάθμες αλλάζουν την ικανότητα να μαζεύονται φορτία , το ρεύμα διαρροής καθώς και το χρόνο παλμού , την διακριτική ικανότητα και την ενεργεία. Τα βαριά φορτισμένα σωματίδια προκαλούν μεγαλύτερη ζημιά από ότι τα ηλεκτρόνια και τα φωτόνια

Ρεύμα διαρροής: ρεύμα που διαρρέει τον ανιχνευτή όταν βρίσκεται σε τάση λειτουργίας απουσία ακτινοβολίας .Το ρεύμα διαρροής δημιουργεί θόρυβο και μια μικρή πτώση τάσης. οφειλόμενη επιφανειακή διαρροή φορτιών εξαρτάται από την κατασκευή κίνηση των φορέων μειονότητας εξαρτάται από το Τ και τις φυσικές ιδιότητες Πχ. ένα κομμάτι 1mm πυριτίου με 1cm2 επιφάνεια θα έχει αντίσταση 5000Ω . Μια τάση των 500 volt θα προκαλέσει ένα ρεύμα της τάξης των 0.1 Α

Απώλεια ενέργειας του σωματιδίου από το παράθυρο του ανιχνευτή Όπου t είναι το πάχος της νεκρής ζώνης Η απώλεια ενέργειας στη γωνία θ δίνεται από τη σχέση : Η νέα ενέργεια που προκύπτει στη γωνία θ είναι :

Καναλισμός Φαινόμενο που παρουσιάζεται στους ανιχνευτές ημιαγωγών Όταν ένα σωματίδιο πέφτει πάνω στην επιφάνεια του ανιχνευτή τότε για να ανιχνευτεί πρέπει να χτυπήσει τα ηλεκτρόνια ενός ατόμου. Αν βρει τα άτομα του κρυστάλλου έτσι διατεταγμένα ώστε να δει μονό κενό τότε είναι δυνατόν να διασχίσει το υλικό χωρίς να αλληλεπιδράσει μαζί του. Πρέπει να αποφεύγεται γιατί ο ανιχνευτής καθίσταται αναξιόπιστος Για αυτό το λόγο κόβουμε τον ανιχνευτή συνήθως στην διεύθυνση <111> ώστε να μειώνονται οι πιθανότητες να συμβεί ο καναλισμός

Παράμετροι που επηρεάζουν την λειτουργία του ανιχνευτή εύρος της ευαίσθητης περιοχής μείωση της χωρητικότητας ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο δυναμικό ρεύμα διαρροής θόρυβος διακριτική ικανότητα χρόνος παλμού ομοιομορφία στην λεπτότητα του ημιαγωγού καναλισμός

Πειραματική διαδικασία Αναγνώριση των συσκευών Πραγματοποίηση της συνδεσμολογίας τους Δοκιμαστικές μετρήσεις με πηγές Am και Po για επιβεβαίωση λειτουργίας

Φάσμα Am

Φάσμα Po

Po (πλευρά με κάλυμμα)

Ενεργειακή βαθμονόμηση τριπλή πηγή που περιείχε Am, Pu, Cm φάσμα της πηγής σε όλα τα δυνατά ενεργειακά range και σε διάφορες αποστάσεις από το παράθυρο του ανιχνευτή καλύτερο energy range ήταν το 4-6 και η καλύτερη απόσταση ήταν η 2η σκάλα από το παράθυρο του ανιχνευτή μία ακόμη καταγραφή φάσματος της τριπλής αυτής πηγής χρονικής διάρκειας περίπου 10’ βαθμονόμηση 2 σημείων

Απόλυτη-Ποσοτική βαθμονόμηση Καταγραφή φάσματος μιας απόλυτης πηγής-α(Am-241, U-238, U-235, Po-210) Βαθμονόμηση με χρήση τριών σημείων

Στάδια επεξεργασίας των δειγμάτων πριν τη μέτρησή τους Τρια δείγματα νερού (Βοσνία, Άρδας, Βεντούρι) με πιθανή μόλυνση από Ουράνιο προσθήκη 232U ως ιχνηθέτη σε 1lt δείγματος νερού Ακολουθεί η διαδικασία της εξάχνωσης για τα υγρά η οποία και διαρκεί 3-4 ώρες για 1lt, (ή η απανθράκωση για τα στερεά η οποία διαρκεί 1-1.5 μέρες και είναι χαμηλής απόδοσης) και διάλυση με HCl συγκέντρωσης 8Μ

Τοποθέτηση του δείγματος σε μία στήλη την οποία και γεμίζουμε με ρητίνη που έχει την ιδιότητα να κάνει απορρόφηση . Διάλυση του άλατος που παίρνουμε. Το ξέπλυμα γίνεται με HCl συγκέντρωσης 1Μ

Αυτό που παίρνουμε το εξαχνώνουμε και πάλι και το άλας που προκύπτει το βάζουμε σε μία ειδική συσκευή Η συσκευή αυτή πραγματοποιεί τη διεργασία της ηλεκτρικής εναπόθεσης (electro deposition) Αποτελείται από την κάθοδο και την άνοδο Η κάθοδος έχει ένα πλακίδιο καλά γυαλισμένο με γυαλόχαρτο πάνω στο οποίο θα εναποτεθεί το «δείγμα». Εμείς ουσιαστικά δημιουργούμε ιόντα Ουρανίου που κατακάθονται στην κάθοδο. Η άνοδος αποτελείται από πλατίνα,ένα φύλλο με τρύπες διότι την ώρα της ηλεκτρόλυσης πραγματοποιείται το φαινόμενο του βρασμού οπότε είναι απαραίτητο να υπάρχει τρόπος διαφυγής των υδρατμών οι οποίοι και συλλέγονται σ’ ένα ποτηράκι

Σε όλη τη συσκευή αυτή περνάμε τάση 1.2 Ampere για 1 ώρα Όταν η διαδικασία της ηλεκτρικής εναπόθεσης φτάνει στο τέλος της προσθέτουμε 1ml NH4OH και συνεχίζουμε για ένα ακόμη λεπτό. Ακολούθως απομακρύνουμε την άνοδο από το κελί και αμέσως μετά κλείνουμε τη συσκευή «Ξεφορτωνόμαστε» το διάλυμα από το κελί και ξεπλένουμε το πλακίδιο με αιθυλική αλκοόλη η οποία αποτελείται κυρίως από NH4OH Στεγνώνουμε το πλακίδιο πάνω από μία καυτή πλάκα Είμαστε έτοιμοι για να ξεκινήσουμε!!!

Φάσμα δείγματος από τη Βοσνία

Φάσμα δείγματος από το Βεντούρι

Φάσμα δείγματος από τον Άρδα

Φάσμα δείγματος από τον Άρδα

Διορθώσεις στη στερεά γωνία Ακτίνα πηγής S=1.1±0.1 cm Απόσταση πηγής-ανιχνευτή h = 1.2+0.2 cm ακτίνα ανιχνευτή R= 0.98 ± 0.1 cm Για S/h= 0.9, R/h=0.8 προκύπτει: Ω=1.2 ± 0.2 sr R.P Gardner and K.Verghese ‘On the solid angle subtended by a circular disc ‘, Nuclear instruments and methods 93 (1971) 163-167, North –Holland Publishing CO. R. Rizk, A. Hathout and A-R Hussein ‘On solid angle calculation ‘, Nuclear Instruments and Methods in physics research A245 (1986) 162-166, North -Holland Amsterdam.

Αποτελέσματα για καθεμιά από τις πηγές μας Βοσνία Παλμούς Ενεργότητα (αποδιεγέρσεις/sec) ΕΜΠ dx Ενεργότητα ΕΜΠ% EEAE EEAE% U238 25 1,3997*10-3 17.6 1,4004*10-3 8.69 U235 1 5,5990*10-5 90.0 4,7016*10-5 86.71 U234 32 1,7917*10-3 17.5 1,7599*10-3 7.73 U232 531 2,9731*10-2 17.4 2,9694*10-2 2.10 Χρόνος 187033 sec

Ενεργότητα (αποδιεγέρσεις/sec) dx ενεργότητα % dx ενεργότητα EEAE % Βεντούρη Παλμοί Ενεργότητα (αποδιεγέρσεις/sec) ΕΜΠ dx ενεργότητα % EEAE. dx ενεργότητα EEAE % U238 72 2,9670*10-3 17,5 2,0784*10-3 6.75 U235 3 1,2363*10-4 50.0 0,9484*10-4 42,16 U234 104 4,2858*10-3 3,3000*10-3 5,47 U232 750 3,0907*10-2 17,4 2,9724*”10-2 2.02 Χρόνος 254116 sec

Ενεργότητα (αποδιεγέρσεις/sec) dx ενεργότητα % ΕΜΠ Ενεργότητα EEAE Αρδας Παλμοί Ενεργότητα (αποδιεγέρσεις/sec) ΕΜΠ dx ενεργότητα % ΕΜΠ Ενεργότητα EEAE dx ενεργότητα EEAE % U238 296 1,2719*10-2 17.5 1,2977*10-2 2.04 U235 16 6,8752*10-4 17.6 6,7487*10-4 3.04 U234 349 1,4997*10-2 1,6798*10-2 14.32 U232 705 3,0294*10-2 17.4 2,9738*10-2 3.28 Χρόνος 243703 [sec]

Το φυσικό Oυράνιο έχει συγκεκριμένους λόγους ενεργότητας ανάμεσα στα ισότοπα του ουρανίου U234/U238 =1, U235/U238 = 0.048 To απεμπλουτισμένο Ουράνιο έχει συγκεκριμένους λόγους ενεργότητας ανάμεσα στα ισότοπα του ουρανίου U234/U238 =0.18, U235/U238= 0.013 Tο εμπλουτισμένο Ουράνιο έχει συγκεκριμένους λόγους ενεργότητας ανάμεσα στα ισότοπα του ουρανίου U234/U238 = 5.56 , U235/U238=0.233

Άρδας Βοσνία U234/U238 U235/U238 U234/U235 ΕΜΠ ΕΕΑΕ Βεντούρη 1,4445±0,0164 0,0420 ±0,0023 1,5878 0,046 Βοσνία 1,2800 ±0,0247 0,0400 ±0,0039 1,2571 0,034 Άρδας 1,1791 ±0,0667 0,0540 ±0,0013 1,2945 0,052

Βιβλιογραφία Εισαγωγή στην πυρηνική φυσική Π.Α. Ασημακόπουλου Εκδόσεις Πανεπιστημίου Ιωαννίνων Αλεξόπουλος ‘Εισαγωγή στην πυρηνική φυσική ‘ ,Κεφάλαιο 102 Σωματίδια α , Ασταθείς Πυρήνες Σελ.190-195. Δ. Λεωνίδου ‘ Μέθοδοι και όργανα ανίχνευσης πυρηνικών ακτινοβολιών’ Εκδόσεις ΕΜΠ σελ 152-185 An introduction to Nuclear Physics W.N. Cottingham, D.A. Greenwood Cambridge University Press Modern Atomic and Nuclear Physics Introductory Nuclear Physics Kenneth S. Krane Ν.Τsoulfanidis ‘Measurements and detection of radiation ‘, Taylor – Francis, 1995, second edition Pages chapter 7 235-263, 445-465. G. Knoll ‘Radiation, detection and measurement ‘, John Wiley and Sons 2000, Third edition Pages chapter 11 353-403.

W. Leo ‘Techniques for nuclear and particle physics experiments ‘John Wiley and Sons Pages chapter 10 215-247. K.Kleinknecht ‘Detectors for particle radiation ‘, Second edition, Pages chapter 2 and 3 61-109. Dan Green ‘The physics of particle detectors ‘, pages 177-201. ‘Alpha Spectrometer Operating and Service Manual SOLOIST’, ORTEC, USA. ‘Review of the physics of Semiconductor Detectors’, ORTEC, pages 291- 408, 441-445. Papers Radiochemical Method Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A245 (1986) North-Holland, Amsterdam R.P Gardner and K.Verghese ‘On the solid angle subtended by a circular disc ‘, Nuclear instruments and methods 93 (1971) 163-167, North –Holland Publishing CO.

R. Rizk, A. Hathout and A-R Hussein ‘On solid angle calculation ‘, Nuclear Instruments and Methods in physics research A245 (1986) 162-166, North -Holland Amsterdam. Y.Liritzis and M. Kokkoris, ‘Revised dose-rate data for Thermo luminescence /ESR Dating ‘Nuclear Geophysics Volume 6. No.3 Pages 423-443, 1992 Pergamon Press Ltd. Chih-An Huh , Chih-Chieh Su ‘Sedimentation dynamics in the East China Sea elucidated from Pb210, Cs137,Pu239,240 , Marine Geology 160 (1999) Pages 183-196 ELSEVIER . alpha-particle spectra from silicon semiconductor detectors ‘ , Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 413 (1998) Pages 357-366 ELSEVIER . D.D.Howes, A.Cundy, I.Croudace,’High energy marine flood deposite on Astypalea Island, Greece: possible evidence for the AD 1956 southern Aegean tsunami ‘, Marine Geology 163 (2000) 303-315 ELSEVIER.

http:// nucleardata.nuclear.lu.se http://www.nndc.bnl.gov http://www.ortec-online.com Chapters: 1. Alpha spectroscopy data management and analysis software, 2. Alpha spectroscopy with surface Barrier detectors Προσωπική επαφή με τον κύριο Ποτηριάδη και την κυρία Κεχαγιά Ενημερωτικά έντυπα από το Δημόκριτο: ΕΕΑΕ «Ατομική Δοσιμέτρηση» Αθήνα 2005 ΕΕΑΕ «Εργαστήριο Βαθμονόμησης Οργάνων Ιοντιζουσών Ακτινοβολιών» ΕΕΑΕ «Άδειες εργαστηρίων ιοντιζουσών ακτινοβολιών»

Ευχαριστούμε για την προσοχή σας!

Ενεργειακές διαφορές Όπου Ι=Ω, Ω+1, Ω+2,... με Ω μία συνιστώσα της στροφορμής από τα περιττά σωματίδια κατά μήκος του άξονα συμμετρίας. Συνδυάζοντας αυτά τα αποτελέσματα με τις πειραματικές τιμές, ΔΕ2:=55.0 ΚeV και ΔΕ3:=122.1 ΚeV καταλήγουμε Ω=3.5±0,2 και Αυτές οι τρεις καταστάσεις φαίνεται να αποτελούν μία περιστροφική στάθμη με Ι=7/2, 9/2, 11/2

Προβλέψεις για τις ενέργειες στις καταστάσεις 13/2, 15/2 H κατάσταση 13/2 καταλαμβάνεται από την πολύ ασθενή α4 διάσπαση, αλλά οι διασπάσεις-γ ίσως να είναι πολύ ασθενείς για να φαίνονται στο παρακάτω φάσμα. Η διάσπαση στην κατάσταση 15/2 δεν παρατηρείται