Seminarium -rozpad α -oddziaływanie promienowania z materią -liczniki scyntylacyjne Konrad Tudyka 1
W 1908r. Rutheford zatopił niewielka ilość 86 Rn w szklanym naczyniu o ciękich sciankach (przenikliwych dla promieniowania α). Całość została umieszczona w naczyniu, w którym można było powodować wyładowania elektryczne. Widmo wyładowań α przyjeło postać linii Helu.
Teoria rozpadu α A Z X N Y A 4 Z N +α 3
Model klasyczny? Z Z R e 1 V C = 1 3 R = r 0 A 6 Ra Vc= 6MeV http://tonydude.net/physics197/p197_images/p197_classicalquantum.gif 4
Do 1930 enerię cząstek α wyznaczano za pomocą ich zasięgu w powietrzu. - 10 Po emituje cząstke α o energi 5.3 MeV co odpowiada 4.0cm - 6 Ra emituje cząstke α o energi 4.9 MeV co odpowiada 3.9cm Po 1930 używane były spektrografy magnetyczne. Cząstki α były odchylane w polu magnetycznym i w zależności od pędu ogniskowane w różnych miejscach na kliszy fotogragicznej Theo Mayer-Kuckuk Fizyka jądrowa 5
6 Ra V c = 6MeV E α = 4.9MeV Zgodnie z zasadami fizyki klasycznej rozpad nie może zajść! Model klasyczny http://tonydude.net/physics197/p197_images/p197_classicalquantum.gif 6
http://www.bun.kyoto-u.ac.jp/~suchii/bohr/tunnel.html 7
198- Gammow oraz inni naukowcy wykryli efekt tunelowy co pozwoliło na sformułowanie półklasycznej teori rozpadu α. http://www.bun.kyoto-u.ac.jp/~suchii/bohr/tunnel.html 8
9
10 d k e V V E V T ' 0 0 0 ) ( 4 = d k V E V V T ' 0 0 0 sinh ) ) ( (1 1 + = Dla dk >>1 zachodzi sinh x=(1/4)e x ) ) ( / exp( 0 d E m V T ) ( / 1 0 ' E m V k = 1 ) ( 4 0 0 0 V V E V Podstawiając: Theo Mayer-Kuckuk Fizyka jądrowa
T exp( / m( V0 E) d) e ( Z ) V ( r) = 4πε r 0 http://tonydude.net/physics197/p197_images/p197_classicalquantum.gif Theo Mayer-Kuckuk Fizyka jądrowa 11
Można przyjąć, że cząstka α porusza się miedzy barierami z prędkością v. Z każdym zbliżeniem cząstka ma szanse T na ucieczke. Odstęp pomiędzy poszczególnymi próbami ma miejsce co R/v. T v R dt = λdt T exp( / m( V0 E) d) V ( r) = e ( Z ) 4πε r 0 v 8 πe mα ln λ = ln + e mα ( z ) R ( z R E α ) A. Zastawny Zarys fizyki 1
T1/ log( s ) = E 15 α / MeV 47 http://www.kutl.kyushuu.ac.jp/seminar/microworld_e/part1_e/p17_e/half_life_e.jpg 13
Michael J. Childress The Quantum Mechanics of Alpha Decay 14
Oddziaływanie promieniowania α z materią 15
Geigera i Marsdena w roku 1909 puścili wiązkę α, po przejściu przez okrągłą przesłonę padała na ekran ZnS, wywołując scyntylacje. Na powierzchni wyraźnie ograniczonej okręgiem. Pole tej powierzchni odpowiada powierzchni przekroju wiązki. Po umieszczeniu bardzo cienkiej złotej folii na drodze wiązki, powierzchnia, w której powstają scyntylacje zwiększa się, a krawędzie jej stają się mniej ostre. 16
17
1/8000 energi alfa jest tracone na pojedynczym zderzeniu R. Michel, ZSR, Universität Hannover 18
Najważniejszym procesem oddziaływania dla ciężkich cząstek naładowanych są nieelastyczne zderzenia jonizujące atomy (tracąc przy tym energie). A. Strzałkowski Wstęp do fizyki jądra atomowego 19
de dx = 4 4πe z m v e n Z ln m v e I E << m m e c 1.9 I = 9.1Z (1 + ) ev / 3 Z de dx = mev Z ln( I(1 β ) 4 4πe z n m v e β ) z- liczba atomowa cząstki Z- liczba atomowa absorbenta n- liczba atomów/objętość I- średnia potencjał wzbudzenia i jonizcji atomów absorbenta m- masa cząstki Absorbent I ev Powietrze- 80,5 H-15,6 C-76,4 Al- 150 Cu- 76 W- 655 Pb- 705 A. Strzałkowski Wstęp do fizyki jądra atomowego 0
Dla powietrza http://www.arpansa.gov.au/images/basics/alpha_pen.jpg 1
R. Michel, ZSR, Universität Hannover
R. Michel, ZSR, Universität Hannover 3
4
Produkcja około 100,000 kropli Pozbawienie elektronu 100,000 atomów 5
Metalowy pręt zawierający % naturalnego toru. Alpha cząstki emitowane z prętu tworzą ślady z drobnych kropli cieczy. www.cloudchambers.com 6
7
Liczniki scyntylacyjne 8
fluorescencja- od 10-9 do 10-5 s fosforescencja- metatrwałe położenie elektronów, błysk następuje po pewnym czasie Elektrony mogą znajdować się tylko w określonych stanach energetycznych tworzących pasma. W stanie normalnym elektrony znajdują się w paśmie o najniższej energii, tzn. paśmie podstawowym. Pod wpływem promienowania mogą zostać przeniesione do pasma wzbudzonego, tzw. pasma przewodnictwa. 9
Podczas powrotu do stanu podstawowego emitowany jest Powrót do pasma podstawowego może tu nastąpić jednym skokiem, przy czym emitowany jest kwant promieniowania elektromagnetycznego o dużej energii, lub co ważniejsze, przejście to może nastąpić poprzez lokalne poziomy w paśmie wzbronionym, pochodzące od zanieczyszczeń sieci krystalicznej, tzw. aktywatorów. Energie emitowanego promieniowania będą w tym ostatnim wypadku niższe, odpowiednie do rejestracji. Elektron może być jednak zatrzymany na lokalnym poziomie zwanym poziomem metatrwałym. Jeżeli przejście z tego poziomu metatrwałego do pasma podstawowego z emisją promieniowania elektromagnetycznego następuje przy podgrzewaniu kryształu, mówimy wówczas o termoluminescencji. 30
http://ojps.aip.org/rsio/rsicr.jsp Calibration of the TFTR lost alpha diagnostic 31
http://www.detectors.saint-gobain.com/media/documents...pdf 3
http://www.detectors.saint-gobain.com/media/documents...pdf 33
W praktyce scyntylatory są dosyć cienkie (0.5 mm). http://ojps.aip.org/rsio/rsicr.jsp Calibration of the TFTR lost alpha diagnostic 34
http://ojps.aip.org/rsio/rsicr.jsp Calibration of the TFTR lost alpha diagnostic http://www.apace-science.com/eljen/ej-440.htm 35
36 http://www.igf.fuw.edu.pl/~prac1/podyplomowe/podyplomowe_pliki/pdf-radon.pdf
http://www.if.pw.edu.pl/~pluta/pl/dyd/mfj/zal03/bilski/referat.html http://sol.sci.uop.edu/~jfalward/nuclearphysics/nuclearphysics.html 37
http://www.canberra.com 38
http://www.canberra.com 39