Gama spektroskopieurčení rozpadových prvků pomocí

tepelných a epitermálních neutronů

Supervisor: Vojtěch Motyčka, CV Řež s.r.o.Tým: Ondřej Vrba, Vojtěch Fišer, Jan Krejčí, Aleš Ryška

Teoretický úvod ke spektroskopii• Produkce a transport neutronů v různých materiálech, které se v daných

zařízeních vyskytují (urychlovačem řízené transmutory nebo jaderné reaktory) můžeme zkoumat pomocí malých vzorků různých materiálů

• Ty se vloží do sestavy a díky reakcím neutronů s atomovými jádry vznikají radioaktivní jádra

• Tuto metodu lze použít, chceme-li zjistit obsahy prvků v neznámé látce• Složení neznámé látky lze určit i z velmi malého množství látky • Musíme znát přesný neutronový tok na kanálu HK1• Po ozáření látky je umístěna pod detektor záření (spektrometr), který

funguje na principu změny energie, kterou s sebou nese záření

• Tuto metodu lze použít, chceme-li zjistit obsahy prvků v neznámé látce• Složení neznámé látky lze určit i z velmi malého množství látky • Musíme znát přesný neutronový tok na kanálu HK1• Po ozáření látky je umístěna pod detektor záření (spektrometr), který

funguje na principu změny energie, kterou s sebou nese záření

Teoretický úvod ke spektroskopii• Detektor záření je připojen do elektrického systému na jeho konci počítač zobrazuje získaná

data • Detektor při měření musí být nastaven tak, aby dělal co nejmenší chyby• Mezi hlavní cíle této práce patří:

• 1) Určit jak je ovlivněn výsledek měření, tím že měřené vzorky nejsou bodové, ale plošné

• 2) Poznat o jakou látku se jedná• 3) Ověřit zda se naměřené hodnoty shodují s výsledky, které se dají

získat ze simulačních programů

• 1) Určit jak je ovlivněn výsledek měření, tím že měřené vzorky nejsou bodové, ale plošné

• 2) Poznat o jakou látku se jedná• 3) Ověřit zda se naměřené hodnoty shodují s výsledky, které se dají

získat ze simulačních programů

Příprava radioaktivních vzorků• Připravit několik vzorků z jednoho materiálu (pro více měření můžeme

zvolit i více materiálů, které chceme zkoumat) • Ozářené materiály:

• Neznámá hornina

• Kovový váleček z neznámého materiálu

• Rozumné energie záření gama • Relativně vysoká intenzita gama linky • Dvě možnosti přípravy radioaktivních vzorků:

• 1) Ozáření v jaderném reaktoru moderovanými neutrony s nízkou hodnotou energie = známe hustotu a energii neutronů

• 2) Využití urychlovače – cyklotron = relativně homogenní pole

• 1) Ozáření v jaderném reaktoru moderovanými neutrony s nízkou hodnotou energie = známe hustotu a energii neutronů

• 2) Využití urychlovače – cyklotron = relativně homogenní pole

Ozáření vzorků v reaktoru LVR-15

• Ozařujeme vzorek o malých rozměrech (2x2 cm), aby mohl být později považován za bodový zdroj záření

• Při ozařování musíme zajisti to, aby byl vzorek ozářen homogenně • Pro bodový zdroj je důležitá jeho intenzita • Pro plošný zdroj můžeme využít ozáření v cyklotronu nebo v HK1 (ovšem

ty nebyly k dispozici)

Ozáření vzorků v reaktoru LVR-15• Detektor zachycuje energii záření gama• Reakce fotonu gama přenese tuto energii na elektron a ten pomocí ní

vytvoří nosiče náboje • Ty způsobí v obvodu proudový impuls, který je zesílen a pomocí

konvektoru převeden na digitální signál a do počítače • Měřené vzorky jsou často jen slabě radioaktivní, proto je vzorek

umístěn v boxu, který je z vnější strany tvořen olovem • Záření gama je „zakódováno“ v amplitudě proudu

Přílohy

Naše spektra

• Kalibrace spektrometru pomocí etalonového zářiče

Kalibrace etalonovým zářičem• Kalibrace gama-spektrometru pomocí etalonového zářiče • Zjištění správné funkčnosti přístroje• Hlavní píky:

Nuklid Aktivita (kBq) T ½, dny241Am 56.9 15780057Co 50.1 271.2660Co 53.12 1925.4137Cs 51.19 1101988Y ??? 54.19 ??? 106.6 ???

• Neznámý kovový váleček – známe jeho složení ???

Zjišťování složení neznámého válečku• Váleček neznámého původu o délce 4mm a průměru do 2mm • Zjištění přibližného složení podle spektrometru • Ve vyšších energetických hladinách musíme počítat s přesností píku ± 1,3

– 2,0 keV• Doba expozice: 15 minut, zač. 12:07, konec: 12:23 • Zanedbání 56Mn – původ v samolepící pásce• Hlavní píky vytvořili tyto radionuklidy:

Nuklid

56Mn

116In

69Zn

• Ozářená hornina• K našemu údivu se jednalo o smolinec • Vznikalo Plutonium (239Pu) a Uran (235U)

Zjišťování složení neznámé horniny• Vzorek horniny – k našemu údivu šlo o horninu obsahující 238U - smolinec• Zjištění přibližného složení podle spektrometru • Ve vyšších energetických hladinách musíme počítat s přesností píku ± 1,3

– 2,0 keV• Doba expozice: 32 minut, zač. 12:40, konec: 13:13 • Zanedbání 56Mn – původ v samolepící pásce• Hlavní píky vytvořili tyto radionuklidy:

Nuklid

214Pb

239U

235U

Nuklid

239Np

110Ag

214Bi

Nuklid

214Pb

132Te

176Lu

Intenzita vzorku

??? Nějaké dotazy ???

Konec