Gama spektroskopie určení rozpadových prvků pomocí tepelných a epitermálních neutronů

1. 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

2. 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

3. 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

4. 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

5. 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)

7. 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

8. Přílohy

10. Naše spektra • Kalibrace spektrometru pomocí etalonového zářiče

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

12. Neznámý kovový váleček – známe jeho složení ???

13. 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:

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

15. 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:

16. Intenzita vzorku

17. Konec ??? Nějaké dotazy ???