Document

Report
ODDZIAŁYWANIE
PROMIENIOWANIA
Z MATERIĄ
TADEUSZ HILCZER
Plan wykładu
1. Wprowadzenie
2. Podstawowe pojęcia
3. Zderzenie i rozproszenie
4. Przewodnictwo materii
5. Naturalne źródła promieniowania jonizującego
6. Oddziaływanie promieniowania jonizującego bezpośrednio
7. Oddziaływanie promieniowania jonizującego pośrednio
8. Źródła promieniowania jonizującego
9. Pole promieniowania jonizującego
10. Detekcja promieniowania
11. Skutki napromieniowania materii żywej
12. Dozymetria medyczna
13. Ochrona przed promieniowaniem
14. Osłony przed promieniowaniem
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
2
DETEKCJA
PROMIENIOWANIA
Detektor
• detektor – urządzenie do wykrycia określonego zjawiska
• każdy detektor ma określone możliwości pomiarowe,
wynikające z jego zasady działania, użytych materiałów i
urządzeń.
• nie istnieje zasada, na podstawie której można by zbudować
detektor uniwersalny.
• każdy detektor jest wynikiem pewnego kompromisu
pomiędzy wymaganiami a możliwościami.
• inne są konieczne parametry detektora przy detekcji
promieniowania jonizującego w badaniach naukowych,
dozymetrii, w zastosowaniach technicznych, medycznych itp.
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
4
Detekcja promieniowania
• do detekcji promieniowania jądrowego można wykorzystać
dowolne zjawisko lub proces, którego typowy przebieg
zależny jest od rodzaju, energii, mocy lub strumienia
padającego promieniowania jądrowego
• ze względów praktycznych nie wszystkie procesy,
spełniające powyższe wymagania mogą być stosowane do
detekcji
• nie wszystkie są
– dostatecznie powtarzalne,
– bez następstw
• poprzednia informacja nie ma wpływu na następną
– łatwe do standaryzacji
– do wykonania
–…
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
5
Detekcja promieniowania
• każdy detektor służący do wykrycia określonej wielkości
fizycznej można rozważać jako układ posiadający wejście i
wyjście
• do ogólnej analizy podstawowych cech detektora nie jest
konieczna znajomość procesów w nim zachodzących
• dla detektorów jądrowych
– sygnał wejściowy - promieniowanie,
– sygnał wyjściowy - informacja charakterystyczna dla
danego typu detektora
• na wyjściu detektora informacja może być
– ciągła
– dyskretna (cyfrowa)
• dają różne informacje o naturze padającego promieniowania
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
6
Detekcja promieniowania
• cząstkę promieniowania jądrowego
– o energii E
– kierunku określonym kątem 
– przechodzącą w momencie czasu t przez powierzchnię
czynną detektora promieniowania w punkcie r
• opisuje zbiór wielkości (r,E,) oraz czas t
• inne parametry opisujące cząstkę
– jej masa
– ładunek
–…
• trzeba uwzględniać w miarę potrzeby przy rozważaniach
dotyczących konkretnego zagadnienia
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
7
Detekcja promienowania
• w wyniku oddziaływania cząstki z detektorem
– gdy nie ma żadnych efektów ubocznych
• pojawi się w chwili t0 sygnał wyjściowy - odpowiedź
detektora
G(B,t0|r,E,,t) = G(t)
B - zbiór wszystkich parametrów charakteryzujących
detektor
(r,E,,t) - parametry charakteryzujące cząstkę padającą
na detektor w chwili t
• odpowiedź detektora może być sygnałem ciągłym lub
dyskretnym w zależności od typu urządzenia pomiarowego
– sygnał elektryczny
– optyczny,
– zaczernione ziarno emulsji
Tadeusz Hilczer, wykład monograf
iczny
8
Detekcja promieniowania
• odpowiedź detektora G(t) jest wielkością stochastyczną
nawet przy ustalonych parametrach promieniowania
padającego na detektor
• powodem jest
– statystyczny charakter promieniowania
– fluktuacje parametrów detektora
• informacje powstałe w detektorze a nie wykorzystane w
informacji wyjściowej zaliczane są do tła
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
9
Detekcja promieniowania
• sygnał na wyjściu detektora y(t) ma dwie informacje
– G(B,t) - właściwą - odpowiedź detektora
• ma charakter przypadkowy
– s(t) - nie związaną z odpowiedzią detektora (tło, szum)
y(t)  G(B,t)  s(t)
• dla sygnału wyjściowego z k informacji
– obserwowanych w przedziale czasu (t1,t2)
– przy stałej składowej s(t)
k
y(t )   Gi (B i ,t i )  x(t )
i 1
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
10
Obróbka informacji
• obróbka informacji w urządzeniu rejestrującym ma na celu
znalezienie najbardziej prawdopodobnej wartości
parametrów B, przy określonej wartości s(t)
• gdy
– s(t)  0 składowa s(t) jest do zaniedbania
– s(t)  0 składowej s(t) zaniedbać nie można
– s(t)  G(B,t) wnioskowanie nie jest pewne
– s(t) > G(B,t) wnioskowanie jest niemożliwe
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
11
Charakterystyki detektora
• Podstawowa charakterystyka detektora
– prawdopodobieństwo rejestracji cząstki przez detektor
R(r,E,,t)
– gęstości prawdopodobieństwa rejestracji
r(B,t0|r,E,,t)
• opisuje przetwarzanie informacji w detektorze
• dla ustalonych parametrów (r,E,) opisujących
cząstkę w momencie czasu t w którym cząstka
znajduje się w miejscu detektora opisana zbiorem
parametrów B charakteryzujących informację
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
12
Charakterystyki detektora idealnego
• charakterystyka detektora idealnego

R(r , E, , t) 
  r(B,t
0
|r , E, ,t) dB dt 0
B0 t
– gdy dla niezarejestrowanej cząstki wszystkie parametry
informacji wyjściowej są równe zeru
• detektor punktowy
– małe rozmiary w porównaniu z odległościami
występującymi w doświadczeniu
– nie zakłóca w sposób istotny pola promieniowania
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
13
Charakterystyki detektora idealnego
• dla detektora o parametrach niezmiennych w czasie
– R(r,E,,t) zależy jedynie od różnicy czasu t0-t
(wartość stała) - można włączyć do zbioru parametrów B
• gęstość prawdopodobieństwa rejestracji r(B|r,E,)
– nie zależy od czasu
– jest jedynie funkcją B dla cząstki o parametrach (r,E,)
• prawdopodobieństwo rejestracji R(r,E,,t)
R(r , E , ) 
 r(B|r , E , ) dB
B0
– charakterystyka detektora idealnego o parametrach
niezależnych od czasu
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
14
Charakterystyki detektora idealnego
• charakterystyki detektora punktowego
– wydajność detektora
– czułość detektora
• wydajność detektora D(E,) - wielkość bezwymiarowa
R (r , E , ) d S

D (E , ) 
 d S
S - rzut powierzchni detektora na kierunek prostopadły do
kierunku propagacji promieniowania 
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
15
Charakterystyki detektora idealnego
• charakterystyki detektora punktowego
– wydajność detektora
– czułość detektora
• czułość detektora zD(E,)
 D (E, ) D (E, )S
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
[m2 ]
16
Charakterystyki detektora idealnego
• wydajność detektora
– pada strumień cząstek o gęstości f(r,E,)
f (r , E , )R(r , E , )d S

D (E , ) 
 f(r, E, )d S
• stosunek strumienia zarejestrowanych cząstek do
strumienia wszystkich cząstek przechodzących przez
powierzchnię detektora
– wybierając ze zbioru parametrów B liczbę impulsów N
N(E , )
D (E , ) 
N0 (E , )
• stosunek liczby cząstek zarejestrowanych do liczby
cząstek dochodzących do detektora w tym samym
czasie
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
17
Charakterystyki detektora realnego
• podstawowa charakterystyka
– funkcja odpowiedzi detektora G(B|r,E,)
• miara prawdopodobieństwa, że dla cząstki określonej
parametrami (r,E, ) informacja wyjściowa jest
opisana zbiorem parametrów B
• stosunek gęstości prawdopodobieństwa
zarejestrowania cząstek o parametrach (r,E, ), do
wszystkich cząstek przechodzących przez
powierzchnię detektora
p(B | r, E , )dS

G(B | E , ) 
 p(r, E , )dS


Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
18
Charakterystyki detektora realnego
• w praktyce do opisu rejestrowanego zjawiska wybiera się
minimalną liczbę parametrów charakterystycznych
• wybrany jeden parametr wejściowy P
– Wybieramy ze zbioru parametrów B parametr R
odpowiadający parametrowi P informacji wejściowej
• układ pomiarowy ma symetrię osiową zgodną z kierunkiem
propagacji promieniowania
– dla zmiennego w czasie promieniowania o energii E
rozchodzącego się w kierunku 
W(P)   W(R) G(R |P) dR
W(P), W(R)- rozkłady parametru wyjściowego i
wejściowego dla wybranego parametru
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
19
Charakterystyki detektora realnego
• podstawowe cechy dobrego detektora:
– funkcja odpowiedzi powinna być dystrybucją 
• w realnych detektorach ma zawsze skończoną
szerokość (na skutek statystycznego charakteru
zjawiska)
– sygnał wyjściowy liniową funkcją wybranej cechy
• dokładne spełnienie tych warunków jest w praktyce
niemożliwe
– dobór detektora do konkretnego zagadnienia jest bardzo
ważny
– wymaga dokładnej analizy warunków
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
20
Charakterystyki detektora realnego
• sygnał na wyjściu detektora pojawia się w wyniku
określonego procesu fizycznego na skutek przemian
energetycznych
– detektor więc najpierw absorbuje pewną energię a
następnie ją emituje w rozmaitej postaci
• proces fizycznej rejestracji ma pewien próg energetyczny
poniżej którego detektor nie jest w stanie zarejestrować
sygnału
• przemiana energetyczna zachodzi w skończonym czasie
– liczba cząstek rejestrowanych w jednostce czasu jest
ograniczona i może się znacznie różnić od liczby cząstek
dochodzących do detektora
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
21
Charakterystyki detektora realnego
• czasowa zdolność rozdzielcza
– wynik istnienia progu energetycznego rejestracji Vp,
– informacja wyjściowa jest opóźniona o pewien czas t*
• powód - statystyczny charakter procesu
– określona jest przez odchylenie standardowe różnicy
czasu t* pojawienia się sygnałów:
 t  ( t *)
2
V
VP
t 1 t 2
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
t 1m t 2m
t
22
Charakterystyki detektora realnego
• energetyczna zdolność rozdzielcza
– określa szerokość połówkowa funkcji odpowiedzi
detektora
E
E 
E
E 
R
G(R)
1
R
0,5
R
R
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
23
Charakterystyki detektora realnego
• wszystkie detektory mają określoną „bezwładność”
– zmniejszenie liczby rejestrowanych zdarzeń
– związana z procesami zachodzącymi w momencie
rejestracji w samym detektorze
• „bezwładność” powoduje, że kolejna cząstka trafiająca na
detektor nie zregenerowany nie jest zarejestrowana mimo,
że sama spełnia warunki „rejestrowalności”
• „bezwładność" detektora jest jego czasem martwym t
• sygnał z detektora może również napotykać na podobne
efekty w dalszych częściach urządzenia pomiarowego
– większa liczba czasów martwych ti
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
24
Charakterystyki detektora realnego
t1
t1
WE
WE


WY

WY
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
25
Detektor
• detektor promieniowania jądrowego powinien dać
informacje, potrzebne do określenia istotnych parametrów
dla danego zagadnienia, na przykład
– dokładny czas jest konieczny przy identyfikacji cząstek,
pochodzących z określonego zjawiska
– rodzaj cząstki można określać na podstawie
równoczesnego pomiaru prędkości i pędu, wyznaczając
jej masę spoczynkową
• Niektóre badania wymagają nieprzerwanej pracy układu
detekcyjnego przez setki a nawet tysiące godzin.
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
26
Detektor zesplony
• detektor zespolony – zespół kilku detektorów działających
na różnych zasadach
• detektor zespolony
– umożliwia równoczesną rejestrację wielu parametrów,
koniecznych do identyfikacji i opisu badanego zjawiska
– wykorzystuje współczesne możliwości technologiczne i
obliczeniowe
– pozwala wybierać, rejestrować i analizować ogromne
ilości danych z bardzo wielką szybkością
– przy wielkich przyspieszaczach jest urządzeniem bardziej
od nich skomplikowanym i drogim a wymiary sięgają
setek m3
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
27
Podział detektorów
• detektory można podzielić ze względu na rodzaj
otrzymywanej odpowiedzi na:
– detektory elektryczne (gazowe, półprzewodnikowe,
scyntylacyjne)
– detektory śladowe (emulsje jądrowe, komory Wilsona i
pęcherzykowe)
– detektory kalorymetryczne
– detektory radiochemiczne
– detektory luminescencyjne, chemiczne
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
28
Detektor gazowy
• detektor gazowy promieniowania jądrowego - kondensator
dowolnego kształtu umieszczony w naczyniu z gazem, w
którym istnieje pole elektryczne o natężeniu E
f
A1
A2
E
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
29
Detektor gazowy
• gdy do wnętrza kondensatora (do objętości czynnej)
dochodzi promieniowanie następuje jonizacja gazu
• efekt jonizacji zależy od:
– własności padającego promieniowania
– parametrów detektora
• objętość,
• geometria,
• natężenia pola E,
– rodzaj gazu i jego parametrów
• ciśnienie,
• temperatura
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
30
Detektor gazowy – charakterystyka prądowa
I
VI
V
I
II
E1 E2
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
IV
III
E3
E4
E5
E6
E
31
Komora jonizacyjna
• komora jonizacyjna - detektor gazowy pracujący w obszarze
nasycenia (obszar III)
– prąd jonizacyjny zależy od jonizacji pierwotnej
I
komora jonizacyjna
E
• pojemność komory jonizacyjnej C - rzędu kilku pF, - opór R
od 108 do 1015
– stała czasowa RC od 10-3s do 104s
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
32
Komora jonizacyjna prądowa
• Komora jonizacyjna prądowa (całkująca) - komora o dużej
stałej czasowej RC
• Komora jonizacyjna prądowa służy do pomiaru średniego
prądu jonizacyjnego
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
33
Komora jonizacyjna impulsowa
• Komora jonizacyjna impulsowa - komora o małej stałej
czasowej RC
• Komora jonizacyjna impulsowa rejestruje pojedyncze
impulsy prądu, wywołane przez cząstki jonizujące
A1
A2
R
C’
C
M
U
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
34
Komora jonizacyjna – pierścień ochronny
• pierścień ochronny dzieli izolator komory na dwa segmenty
– bez pierścienia – przez układ pomiarowy M przepływa
prąd jonizacyjny i prąd upływności izolatora (a)
– z pierścieniem - przez układ pomiarowy M przepływa
tylko prąd jonizacyjny (b)
IJ + IU
IJ
M
(a)
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
IU
M
(b)
35
Komora jonizacyjna P.Curie
• Komora P.Curie
– prąd jonizacyjny
kompensowany za
pomocą piezokwarcu
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
36
Komora jonizacyjna
A1
A2
płaska komora jonizacyjna z
pierścieniem ochronnym
dozymetr indywidualny
z komorą jonizacyjną
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
37
Licznik proporcjonalny
• licznik proporcjonalny - detektor gazowy pracujący w
warunkach wzmocnienia gazowego (obszar V)
• Prąd jonizacyjny licznika proporcjonalnego jest
proporcjonalny do jonizacji pierwotnej
I
licznik proporcjonalny
E
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
38
Licznik proporcjonalny
• elektrony w obszarze IV są pomiędzy kolejnymi zderzeniami
przyspieszane do energii znacznie przekraczającą energię
jonizacji E gazu wypełniającego detektor
E
r
rk
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
ra
r
39
Licznik proporcjonalny
• licznik proporcjonalny ma zwykle geometrię cylindryczną lub
cylindryczną katodę i anodą w kształcie pętli
• dla innej geometrii, np. dla kondensatora płaskiego, jony
powstałe w różnych miejscach mają różne wzmocnienia
gazowe
– prąd jonizacyjny nie jest proporcjonalny do jonizacji
pierwotnej
LP
C
R
W
U
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
40
Charakterystyka licznika proporcjonalnego
N
dU
U1
Up.
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
dN
U2
U
41
Licznik proporcjonalny wielodrutowy
• licznik proporcjonalny wielodrutowy (G. Charpak 1968-1970)
– anoda detektora z równoległych drutów umieszczona w
płaszczyźnie między dwoma płaskimi elektrodami katody
– średnica drutów anody ok. 20 mm
– odległość miedzy drutami 2 mm,
– odległość pomiędzy elektrodami katody rzędu 10 mm
A
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
K
42
Licznik proporcjonalny wielodrutowy
• licznik proporcjonalny wielodrutowy
– wypełniony mieszaniną argonu i izobutanu i pracuje przy
różnicy potencjałów rzędu 5 kV
– każdy z drutów anody jest połączony z oddzielnym
wzmacniaczem i działa jak niezależny licznik
proporcjonalny.
– efektywna przestrzenna zdolność rozdzielcza jest rzędu 1
mm
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
43
Licznik G-M
• licznik G-M - detektor gazowy pracujący w warunkach
jonizacji lawinowej (obszar VI)
– prąd jonizacyjny nie zależy do jonizacji pierwotnej
I
licznik G-M
E
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
44
Licznik G-M
• zapoczątkowanie jonizacji lawinowej zależy od
– natężenia i rozkładu pola E
– od rodzaju i ciśnienia gazu
• kolejna rejestracja wymaga wygaszenia jonizacji lawinowej
– układem zewnetrznym
– liczniki samogasnące
• dodanie do gazu wypełniającego substancję gaszącą
wyładowanie (pary alkoholi, pary chlorowców)
• napięcie progowe zależy od czułości układu pomiarowego
• dla dużej czułości (rzędu 0,1 V) - napięcie progowe:
– liczniki alkoholowe ok. 1000 V,
– liczniki chlorowcowe ok. 200 V
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
45
Licznik G-M
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
46
Pierwszy licznik G-M
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
47
Komora dryfowa
A
• komora dryfowa - detektor wielodrutowy o specjalnie
ukształtowanym polu elektrycznym
• pomiędzy anodą A (układ
E
równoległych drutów) a płaską katodą
K znajdują się dodatkowe elektrody E
wytwarzające w obszarze KO o
długości h niezbyt silne prawie
jednorodne pole elektryczne
O
K
• w tym polu chmura elektronów (z
h
jonizacji pierwotnej) porusza się z
D
prędkością prawie jednostajną w
kierunku anody
• moment przejścia cząstki wywołującej jonizację pierwotną
rejestruje detektor D
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
48
Komora dryfowa
• czas zbierania ładunku chmury jest miarą położenia punktu
jonizacji pierwotnej
– w mieszaninie argonu i izobutanu
• prędkość dryfu jest rzędu 40 mm/s
• geometryczna zdolność rozdzielcza w płaszczyźnie jest
rzędu 0,1 mm
• segmentowa katoda pozwala wyznaczyć współrzędne śladu
xz na płaszczyźnie
• czas dryfu chmury elektronowej jest współrzędną z
• ładunek zebrany na anodzie pozwala określić stratę energii
dE/dz
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
49
Komora dryfowa
z
A
zc
K
xc
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
x
50
Komora projekcji czasowej
• skomplikowany detektor gazowy rejestruje równocześnie
– przestrzenne współrzędne toru cząstki
– jej zdolność jonizacyjną dE/dx
• składa się z szeregu komór dryfowych
– umieszczone jedna za drugą
– katody znajdują się w jednej płaszczyźnie
• można wyznaczyć
– współrzędną y zarejestrowanej cząstki
– odtworzyć przestrzenny tor cząstki
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
51
Komora projekcji czasowej
anoda
ślad
rzut śladu
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
segmentowa katoda
52
Detektor półprzewodnikowy
• detektor półprzewodnikowy
– komora jonizacyjna z dielektrykiem stałym pomiędzy
elektrodami
• w porównaniu z detektorem gazowym ma znacznie większą
– wydajność rejestracji
– zdolność rozdzielczą czasową i energetyczną
• jest to związane z różnymi procesami powstawania i ruchu
jonów w detektorach gazowych i półprzewodnikowych
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
53
Detektor półprzewodnikowy
półprzewodnik
napylona elektroda
doprowadzenia
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
gruba elektroda
napylone elektrody
doprowadzenia półprzewodnik
54
Detektor półprzewodnikowy
+
-
-
+
-
+
Tadeusz Hilczer - wykład monograficzny
+
-
55
Detektor półprzewodnikowy
detektor półprzewodnikowy
do pompy
próżniowej
połączenia
napełnianie ciekłym azotem
pręt miedziany
ciekły
azot
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
56
Detektor półprzewodnikowy
d
x
impuls pozycyjny
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
57
Detektory śladowe
• detektor śladowy pozwala zarejestrować określony efekt
przejścia cząstki jonizującej przez materię w postaci śladu
– obserwacja wizualna
• efektem przejścia może być
– zaczernienie ziaren emulsji fotograficznej
– skroplenie pary
– przeskok iskry
–…
• rejestracja śladu pozwala na analizę przestrzenną danego
zjawiska
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
58
Komora Wilsona
• pierwowzór w powszechnie obserwowanym zjawisku
przyrody - tworzeniu się chmur
• warunki kondensacji pary wodnej badał Coulier (1875)
– do kondensacji konieczne są określone ośrodki np. pyłki
• ośrodkami kondensacji mogą być jony Wilson (1897)
– badając tworzenie się kropelek deszczu w chmurach
zbudował komorę (1911)
– ślady ciągu kropelek wody o średnicy do 1 mm
obserwował gołym okiem
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
59
Komora Wilsona
• hermetycznie zamknięty zbiornik wypełniony mieszaniną
gazu (powietrza, argonu, helu, azotu) z parą nasyconą
(wody, alkoholu)
• rozprężenie można uzyskać przez:
– nagłe przesunięcie tłoka (komora tłokowa)
– nagłe przesunięcie membrany (komora membranowa)
– zmianę ciśnienia wewnątrz objętości czynnej przez
połączeniem z częścią o mniejszym ciśnieniu - Wilson
1933 (komora rozprężeniowa)
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
60
Komora Wilsona
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
61
Komora Wilsona
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
62
Komora Wilsona
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
63
Komora Wilsona
• adiabatyczne rozprężenie gazu powoduje obniżenie
temperatury
– para w objętości czynnej staje się parą przesyconą
• stan pary przesyconej jest nietrwały
– następuje kondensacja na jakichkolwiek ośrodkach
kondensacji (np. jony czy pyłki)
• czas w którym komora jest zdolna do rejestracji zależy od
– konstrukcji komory
– gazu wypełniającego
• ciśnienia
• temperatury
– zawiera się w granicach od 0,01 s do 3 s.
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
64
Komora Wilsona
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
65
Komora pęcherzykowa
• wykorzystuje się zjawisko kondensacji pary o w obszarze
zawierającym ciecz przegrzaną
• podstawową ideę komory pęcherzykowej opracował
D.Glaser (1952)
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
66
Komora pęcherzykowa
• komory szklane
– „czyste” warunki realizacji stanu przegrzania
– komory małe
– długi czas istnienia stanu przegrzanego (do 1 s)
• komory metalowe o dokładnie wypolerowanych ścianach
wewnętrznych
– komory o dowolnych rozmiarach
– bardzo krótki czas istnienia stanu przegrzanego (10 ms)
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
67
Komora pęcherzykowa
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
68
Komora pęcherzykowa
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
69
Detektor Czerenkowa
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
70
Komora iskrowa
-+
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
71
Komora strimerowa
a
M
b
I
K
G
F
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
c
72
Spintaryskop
lupa
preparat
promieniotwórczy
ekran
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
73
Spintaryskop
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
74
Scyntylacje
• spintaryskop jeden z najstarszych detektorów
– obserwacje okiem
– używany w wielu znanych eksperymentach
– wykrycie istnienia jądra atomowego (Rutherford)
• w latach trzydziestych ub.w. wyparty przez łatwiejsze
eksperymentalnie metody jonizacyjne
• zastosowanie fotopowielaczy (1947)
• metoda scyntylacyjnej detekcji promieniowania jądrowego
jest obecnie szeroko stosowana
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
75
Licznik scyntylacyjny
• licznik scyntylacyjny
– składa się ze scyntylatora i fotopowielacza
• główne etapy pracy:
– absorpcja energii promieniowania w scyntylatorze,
– przetworzenie energii zaabsorbowanej na energię
fotonów,
– przejście powstałych fotonów do katody
fotopowielacza,
– absorpcja fotonów w katodzie i emisja elektronów,
– powielanie elektronów między dynodami w
fotopowielaczu,
– impuls wyjściowy z anody fotopowielacza.
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
76
Licznik scyntylacyjny
scyntylator
fotopowielacz
impuls
E
E
E
j
f
K
D1 D2 D3
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
Dk
A
77
Emulsje jądrowe
S
E
D
S0
A B
C

log E
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
78
Emulsje jądrowe
y
y
y’
x
x
y’
x
a)
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
b)
79
Emulsje jądrowe
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
80
Detektor termoluminescencyjny
amortyzator
obudowa szklana
grzejnik
rurka niklowa
pokryta CaF2
amortyzator
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
81
Detektor termoluminescencyjny
W
R
FP
T
G
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
82
Kalorymetr
B
A
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
83
Kalorymetr
źródło
termopara
termopara
grzejnik
z zasilaniem
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
84
Detektor zespolony
zespół detektorów
fotony
elektrony
miony
hadrony
neutrony
detektor śladowy
kalorymetry:
elektromagnetyczny
detektor
mionowy
hadronowy
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
85
Detektor zespolony
kalorymetr mionowy
detektor Czerenkowa
magnes
komora dryfowa
detektor wierzchołka
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
86
Detektor zespolony
10
7
3
1
e
-
12
2
9
8
16
6
5
15
14
13
4
11
e+
17
9
Detektor DELPHI - CERN (część centralna i odsłonięta jedna pokrywa:
1 – detektor wierzchołka oddziaływania, 2 – detektor wewnętrzny, 3 –
komora projekcji czasowej, 4 – detektory Czerenkowa, 5 – detektor
zewnętrzny, 6 – kalorymetr elektromagnetyczny, 7 – solenoid
nadprzewodzący, 8 – detektory scyntylacyjne czasu przelotu, 9 –
kalorymetr hadronowy, 10 – komory mionowe, 11 – komora dryfowa A,
87
Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
12Tadeusz
– detektor
do pomiaru świetlności, 13 – detektory Czerenkowa, 14-
Detektor zespolony
2
1
3
4
5
e-
8
6
7
9
e+
Detektor MARK 1 (1- mionowe komory iskrowe, 2- absorbenty, 3detektor kaskad, 4- detektor wyzwalacza, 5- drutowe komory iskrowe, 6komory domykające, 7- komory proporcjonalne, 8- solenoid
88
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie
... (wykład
monograficzny)
kompensujący,
9-promieniowania
detektor
świetlności)
Detektor zespolony
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
89
Detektor zespolony (CERN)
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
90
Detektor zespolony
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny)
91
Budowa materii
Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie (wykład monograficzny)
92

similar documents