Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Promieniowanie jonizujące w środowisku (4) Detektory promieniowania jonizującego.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Promieniowanie jonizujące w środowisku (4) Detektory promieniowania jonizującego."— Zapis prezentacji:

1 Promieniowanie jonizujące w środowisku (4) Detektory promieniowania jonizującego

2 Detektory wykorzystujące jonizację (zbierają i rejestrują ładunek elektryczny (elektrony) pojawiający się podczas jonizacji w gazach) Detektory wykorzystujące jonizację (zbierają i rejestrują ładunek elektryczny (elektrony) pojawiający się podczas jonizacji w gazach) Detektory scyntylacyjne (rejestrują błyski światła, które powstają w pewnych kryształach (scyntylatorach) gdy pada na nie promieniowanie jonizujące) Detektory scyntylacyjne (rejestrują błyski światła, które powstają w pewnych kryształach (scyntylatorach) gdy pada na nie promieniowanie jonizujące) Detektory półprzewodnikowe (zbierają ładunek elektryczny (elektrony i dziury) pojawiający się w półprzewodnikach, gdy pada na nie promieniowanie jonizujace) Detektory półprzewodnikowe (zbierają ładunek elektryczny (elektrony i dziury) pojawiający się w półprzewodnikach, gdy pada na nie promieniowanie jonizujace) Inne (różne detektory specjalne) Inne (różne detektory specjalne)

3 Jak działają detektory promieniowania wykorzystujące jonizację Wzdłuż drogi cząstki naładowanej pojawiają się zjonizowane atomy i swobodne elektrony. Należy zarejestrować ten fakt. Wzdłuż drogi cząstki naładowanej pojawiają się zjonizowane atomy i swobodne elektrony. Należy zarejestrować ten fakt. Ale jony(+) i elektrony(-) przyciągają się i dochodzi po ponownego połączenia czyli do Ale jony(+) i elektrony(-) przyciągają się i dochodzi po ponownego połączenia czyli do rekombinacji. rekombinacji. Pomysł: Rozdzielenie jonów i elektronów przy pomocy pola elektrycznego. Można to łatwo zrobić gdy tor cząstki i znajdujące się wzdłuż niego ładunki są w gazie. Elektrony (szybko) i jony(wolno) mogą się wtedy poruszać swobodnie. Pomysł: Rozdzielenie jonów i elektronów przy pomocy pola elektrycznego. Można to łatwo zrobić gdy tor cząstki i znajdujące się wzdłuż niego ładunki są w gazie. Elektrony (szybko) i jony(wolno) mogą się wtedy poruszać swobodnie. Pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego elektrony i jony poruszają się w przeciwnych kierunkach i mogą być zebrane. Pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego elektrony i jony poruszają się w przeciwnych kierunkach i mogą być zebrane.

4 Jak działają detektory promieniowania wykorzystujące jonizację Należy zebrać cały ładunek elektryczny, który powstał podczas jonizacji Należy zebrać cały ładunek elektryczny, który powstał podczas jonizacji Wielkość tego ładunku związana jest z energią cząstki jonizującej Wielkość tego ładunku związana jest z energią cząstki jonizującej Jeśli pole elektryczne zastosowane do rozdzielenia ładunków elektrycznych jest silne to te ładunki przspieszane są do takiej energii, że same mogą jonizować inne atomy spotykane na swojej drodze Jeśli pole elektryczne zastosowane do rozdzielenia ładunków elektrycznych jest silne to te ładunki przspieszane są do takiej energii, że same mogą jonizować inne atomy spotykane na swojej drodze Pojawia się jonizacja wtórna Pojawia się jonizacja wtórna Do elektrod może dotrzeć ładunek znacznie większy od ładunku powstałego w jonizacji pierwotnej Do elektrod może dotrzeć ładunek znacznie większy od ładunku powstałego w jonizacji pierwotnej

5 Jak działają detektory promieniowania wykorzystujące jonizację Rozdzielanie ładunku elektronów i jonów Ładunek elektryczny, który dociera do anody w zależności od przyłożonego napięcia (w Voltach)

6 Detektory gazowe licznik Geigera – Mullera licznik Geigera – Mullera Licznik najczęściej stosowany w przenośnych urządzeniach do wykrywania skażeń. Dostarcza informacji typu: czy jest podniesiony poziom natężenia promieniowania jonizującego. licznik proporcjonalny licznik proporcjonalny Stosuje się obecnie głównie w aparaturze naukowej do rejestracji promieniowania  o niskiej energii. komora jonizacyjna komora jonizacyjna Stosowany w początkach detekcji promieniowania jonizującego. Obecnie tylko w ochronie radiologicznej w indywidualnych dozymetrach.

7 Licznik Geigera-Mullera Detektorem jest cylindryczny kondensator o przewodzących ściankach, wypełniony gazem np. gazem szlachetnym. Wzdłuż osi cylindra napięty jest drut. Między drutem (+) a ścianką (-) przyłożone jest napięcie ~500 V. Detektorem jest cylindryczny kondensator o przewodzących ściankach, wypełniony gazem np. gazem szlachetnym. Wzdłuż osi cylindra napięty jest drut. Między drutem (+) a ścianką (-) przyłożone jest napięcie ~500 V. Powstające na skutek jonizacji elektrony poruszają się w kierunku drutu czyli dodatnio naładowanej elektrody. Po drodze same uzyskują zdolność jonizacji. Wszystkie elektrody powstałe na skutek jonizacji pierwotnej i wtórnej docierają do elektrody.. Powstające na skutek jonizacji elektrony poruszają się w kierunku drutu czyli dodatnio naładowanej elektrody. Po drodze same uzyskują zdolność jonizacji. Wszystkie elektrody powstałe na skutek jonizacji pierwotnej i wtórnej docierają do elektrody.. Rejestrujemy impuls elektryczny czyli fakt, że w liczniku nastąpiła jonizacja. Rejestrujemy impuls elektryczny czyli fakt, że w liczniku nastąpiła jonizacja. Rejestrujemy tylko fakt przejścia cząstki; nie rozróżniamy rodzaju promieniowania i nie mierzymy jego energii. Rejestrujemy tylko fakt przejścia cząstki; nie rozróżniamy rodzaju promieniowania i nie mierzymy jego energii. Wydajność: Wydajność: do 100% dla promieniowania beta (rejestrujemy wszystkie cząstki, które przeniknęły przez ściankę licznika) do 100% dla promieniowania beta (rejestrujemy wszystkie cząstki, które przeniknęły przez ściankę licznika) około 1% dla promieniowania gamma (rejestrujemy tylko te kwanty, których przejście wywołało powstanie elektronu w ściance lub w gazie wypełniającym licznik) około 1% dla promieniowania gamma (rejestrujemy tylko te kwanty, których przejście wywołało powstanie elektronu w ściance lub w gazie wypełniającym licznik)

8 Licznik Geigera-Mullera Schemat budowy licznika Geigera-Mullera Widok dozymetru opartego na liczniku Geigera-Mullera

9 Liczniki scyntylacyjne W niektórych kryształach promieniowanie jonizujące wywołuje w nich powstawanie błysków światła. Błyski te nazywamy scyntylacjami. Obserwacja błysków pozwala na rejestrowanie promieniowania jonizującego W niektórych kryształach promieniowanie jonizujące wywołuje w nich powstawanie błysków światła. Błyski te nazywamy scyntylacjami. Obserwacja błysków pozwala na rejestrowanie promieniowania jonizującego Bezpośrednia obserwacja błysków np. Bezpośrednia obserwacja błysków np. kryształu ZnS 2. kryształu ZnS 2. Rejestrowanie błysków za pomocą czułych elementów fotoelektrycznych, zwanych fotopowielaczami. Rejestrowanie błysków za pomocą czułych elementów fotoelektrycznych, zwanych fotopowielaczami. Licznik scyntylacyjny to kryształ zdolny do scyntylacji przyklejony do fotopowielacza. Licznik scyntylacyjny to kryształ zdolny do scyntylacji przyklejony do fotopowielacza.

10 Liczniki scyntylacyjne Działanie licznika: Działanie licznika: Promieniowanie przechodzące przez scyntylator wywołuje w nim błyski świetlne. Błyski docierają do katody fotopowielacza i wybiją z niej elektrony. Strumień elektronów jest przez fotopowielacz wzmocniony. Powstaje impuls napięcia, którego wysokość jest proporcjonalna do ilości błysków światła a przez to również do energii cząstki, która wywołała te błyski. Promieniowanie przechodzące przez scyntylator wywołuje w nim błyski świetlne. Błyski docierają do katody fotopowielacza i wybiją z niej elektrony. Strumień elektronów jest przez fotopowielacz wzmocniony. Powstaje impuls napięcia, którego wysokość jest proporcjonalna do ilości błysków światła a przez to również do energii cząstki, która wywołała te błyski. Rodzaje scyntylatorów: Rodzaje scyntylatorów: - kryształy NaJ(Tl), CsJ(Tl), BaF 2 - kryształy NaJ(Tl), CsJ(Tl), BaF 2 - antracen, plastik i pewne tworzywa sztuczne. - antracen, plastik i pewne tworzywa sztuczne. Zastosowanie: Zastosowanie: - Do detekcji promieniowania  gdy scyntylator ma dużą gęstość - Do detekcji promieniowania  gdy scyntylator ma dużą gęstość i zawiera składnik o dużym Z (jod, cez, bar). Rejestruje i zawiera składnik o dużym Z (jod, cez, bar). Rejestruje promieniowanie  z wydajnością dochodzącą do kilkudziesięciu promieniowanie  z wydajnością dochodzącą do kilkudziesięciu 100% 100% - Do detekcji promieniowania  – kryształy z plastiku i materiały - Do detekcji promieniowania  – kryształy z plastiku i materiały organiczne (wydajność 100%, duża szybkość rejestracji) organiczne (wydajność 100%, duża szybkość rejestracji)

11 Licznik scyntylacyjny Scyntylator – przyklejony do fotopowielacza Fotopowielacz – przetwarza błysk światła na impuls napięcia Elektronika – rejestruje impulsy napięcia i mierzy ich amplitudy Pomiar amplitudy – pomiar energii

12 Liczniki półprzewodnikowe Podczas jonizacji elektrony nie muszą być oderwane od atomu. Mogą być tylko przemieszczone do stanu wzbudzonego. W półprzewodnikach przejście cząstki jonizującej powoduje przejście elektronu z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa. Powstaje wtedy para ładunków dziura(+) – elektron(-) analogicznie do pary jon – elektron podczas jonizacji w gazie. Podczas jonizacji elektrony nie muszą być oderwane od atomu. Mogą być tylko przemieszczone do stanu wzbudzonego. W półprzewodnikach przejście cząstki jonizującej powoduje przejście elektronu z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa. Powstaje wtedy para ładunków dziura(+) – elektron(-) analogicznie do pary jon – elektron podczas jonizacji w gazie. Zaletą półprzewodnika jest duża gęstość w porównaniu z gazem. Stąd duża wydajność. Zaletą półprzewodnika jest duża gęstość w porównaniu z gazem. Stąd duża wydajność. Dodatkowo energia potrzebna na powstanie pary dziura – elektron jest około 10 razy mniejsza. Powstaje więcej ładunku stąd duża dokładność pomiaru energii promieniowania. Dodatkowo energia potrzebna na powstanie pary dziura – elektron jest około 10 razy mniejsza. Powstaje więcej ładunku stąd duża dokładność pomiaru energii promieniowania.

13 Rodzaje liczników półprzewodnikowych Liczniki krzemowe - Si Liczniki krzemowe - Si Służą do rejestracji i pomiaru energii wysokoenergetycznych cząstek naładowanych, promieniowania i  Służą do rejestracji i pomiaru energii wysokoenergetycznych cząstek naładowanych, promieniowania i  Inne liczniki krzemowe służą do precyzyjnego wyznaczania energii promieniowania X i niskoenergetycznego promieniowania  Inne liczniki krzemowe służą do precyzyjnego wyznaczania energii promieniowania X i niskoenergetycznego promieniowania  Liczniki germanowe - Ge Liczniki germanowe - Ge Służą do pomiaru energii promieniowania gamma o dowolnej energii. Służą do pomiaru energii promieniowania gamma o dowolnej energii. Bardzo dokładny pomiar energii! Bardzo dokładny pomiar energii!

14 Detektor germanowy A – Przekrój detektora germanowego – u góry kryształ Ge B – Tak wygląda kryształ Ge C – widok całego detektora – na dole zbiornik ciekłego azotu

15 Widmo promieniowania gamma Widmo promieniowania 60Co uzyskane przy pomocy detektora scyntylacyjnego NaJ(Tl) Widmo promieniowania 60Co uzyskane przy pomocy detektora germanowego Ge(Li) Źródło emituje promieniowanie gamma o energiach 1171 i 1333 keV

16 Widmo promieniowania gamma Widmo promieniowania gamma 48K gamma 49K Idealny sposób identyfikacji izotopów promieniotwórczych

17 Widmo promieniowania gamma Widmo promieniowania gamma po naświetleniu tarczy Pb w akceleratorze wiązką 64Ni

18 Detektory promieniowania jonizującego używane w ochronie radiologicznej Klisza fotograficzna – używana w indywidualnych dozymetrach – zaczernienie kliszy informuje o wielkości dawki. Klisza fotograficzna – używana w indywidualnych dozymetrach – zaczernienie kliszy informuje o wielkości dawki. Komora jonizacyjna – naładowany kondensator rozładowuje się pod wpływem promieniowania jonizującego. Odczyt aktualnego napięcia jest natychmiastowym odczytem wielkości dawki. Komora jonizacyjna – naładowany kondensator rozładowuje się pod wpływem promieniowania jonizującego. Odczyt aktualnego napięcia jest natychmiastowym odczytem wielkości dawki. Scyntylatory – kryształy, które mają własności termoluminescencji. Służa do długotrwałego, np. przez kilka miesięcy pomiaru mocy dawki w pomieszczeniu. Scyntylatory – kryształy, które mają własności termoluminescencji. Służa do długotrwałego, np. przez kilka miesięcy pomiaru mocy dawki w pomieszczeniu. Licznik Geigera – Mullera – w przenośnych przyrządach dozymetrycznych. Szybka informacja o fakcie, że w pobliżu znajduje się źródło promieniowania jonizującego. Licznik Geigera – Mullera – w przenośnych przyrządach dozymetrycznych. Szybka informacja o fakcie, że w pobliżu znajduje się źródło promieniowania jonizującego.

19 Dozymetria – wielkości określające absorpcję promieniowania jonizującego Aktywność źródła – charakteryzuje źródło Aktywność źródła – charakteryzuje źródło 1Bq (bekerel) = 1 rozpad/s 1Bq (bekerel) = 1 rozpad/s Dawka pochłonięta (energetyczna) promieniowania jonizującego – miara energii Dawka pochłonięta (energetyczna) promieniowania jonizującego – miara energii niesionej przez promieniowanie i pochłoniętej przez jednostkę masy substancji niesionej przez promieniowanie i pochłoniętej przez jednostkę masy substancji 1 Gy (grej) = 1J/kg 1 Gy (grej) = 1J/kg Moc dawki - dawka pochłonięta w ciągu jednostki czasu np. Moc dawki - dawka pochłonięta w ciągu jednostki czasu np. Gy/a (grej na rok), Gy/a (grej na rok), mGy/h (miligrej na godzinę) mGy/h (miligrej na godzinę)

20 Miara biologicznych skutków promieniowania jonizującego Skuteczność biologiczna różnego rodzaju promieniowania jest różna. Wynika to z różnej gęstości jonizacji różnych rodzajów promieniowania. Skuteczność biologiczna różnego rodzaju promieniowania jest różna. Wynika to z różnej gęstości jonizacji różnych rodzajów promieniowania. Równoważnik dawki – dawka równoważna Równoważnik dawki – dawka równoważna Wprowadza się współczynnik skuteczności biologicznej. Wprowadza się współczynnik skuteczności biologicznej. Z definicji = 1 dla elektronów. Również równy jest 1 dla promieniowania  i . Dla neutronów i ciężkich cząstek naładowanych zależy od ich energii i wynosi Dla cząstek  = 20 Z definicji = 1 dla elektronów. Również równy jest 1 dla promieniowania  i . Dla neutronów i ciężkich cząstek naładowanych zależy od ich energii i wynosi Dla cząstek  = 20 Dawka równoważna równa jest iloczynowi dawki pochłoniętej i współczynnika skuteczności biologicznej promieniowania. Dawkę równoważną wyraża się w Siwertach Dawka równoważna równa jest iloczynowi dawki pochłoniętej i współczynnika skuteczności biologicznej promieniowania. Dawkę równoważną wyraża się w Siwertach 1Sv (siwert) = 1Gy * współczynnik skutecz. 1Sv (siwert) = 1Gy * współczynnik skutecz.

21 Typowe wartości równowaznika dawki Do zapamiętania: Do zapamiętania: Dawka od źródeł naturalnych dla każdego z nas: Dawka od źródeł naturalnych dla każdego z nas: około 2 mSv rocznie około 2 mSv rocznie Dla pracowników odsługujących urządzenia z promieniowaniem: Dla pracowników odsługujących urządzenia z promieniowaniem: Ograniczenie przepisami administracyjnymi Ograniczenie przepisami administracyjnymi 50 mSv rocznie 50 mSv rocznie nie więcej niż 100mSv przez 5 lat nie więcej niż 100mSv przez 5 lat

22

23 Podsumowanie oddziaływania jonizujacego z materią  silnie jonizują ośrodek wzdłuż krótkiej prostej drogi (zasięg – mikrony)  silnie jonizują ośrodek wzdłuż krótkiej prostej drogi (zasięg – mikrony)  słabiej jonizują (zasięg mm)  słabiej jonizują (zasięg mm)  wtórna jonizacja - promieniowanie przenikliwe – przechodzi przez warstwy kilku o kilkunastu cm  wtórna jonizacja - promieniowanie przenikliwe – przechodzi przez warstwy kilku o kilkunastu cm neutrony – bardzo przenikliwe. Zachodzi wtórna jonizacja i aktywacja materiału. neutrony – bardzo przenikliwe. Zachodzi wtórna jonizacja i aktywacja materiału. Tylko naświetlanie neutronami może sprawić, że materiał staje się radioaktywny Tylko naświetlanie neutronami może sprawić, że materiał staje się radioaktywny


Pobierz ppt "Promieniowanie jonizujące w środowisku (4) Detektory promieniowania jonizującego."

Podobne prezentacje


Reklamy Google