Nükleer Spektroskopi Arş. Gör. Muhammed Fatih KULUÖZTÜRK

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "Nükleer Spektroskopi Arş. Gör. Muhammed Fatih KULUÖZTÜRK fatih.fizik@gmail.com"

Berk Çağatay Altıntop
8 yıl önce
İzleme sayısı:

BİTLİS EREN ÜNİVERSİTESİ FİZİK BÖLÜMÜ BÖLÜM SEMİNERLERİ 26.03.

1 BİTLİS EREN ÜNİVERSİTESİ FİZİK BÖLÜMÜ BÖLÜM SEMİNERLERİ Nükleer Spektroskopi Arş. Gör. Muhammed Fatih KULUÖZTÜRK

2 NÜKLEER SPEKTROSKOPİ Radyasyon ve Radyoaktivite Radyasyon Madde Etkileşmesi & Radyasyon Deteksiyonu Nükleer Elektronik Nükleer Spektroskopi Fotonükleer Reaksiyon ve spektroskopi

3 Radyasyon ve Radyoaktivite Radyasyon, enerjinin bir noktadan başka bir noktaya parçacık ya da elektromanyetik dalga aracılığı ile taşınmasıdır. Parçacık radyasyona örnek olarak alfa, beta, nötron v.s. sayılabilir. Elektromanyetik radyasyona ise gama ve x-ışını örnek olarak gösterilebilir. Radyasyon yayılımı çekirdekten gerçekleşebileceği gibi atomik uyarılmalar ve yüklü parçacıkların hızlandırılması sonucunda da meydana gelebilir.

Elektromanyetik radyasyona ise gama ve x-ışını örnek olarak gösterilebilir.

4 Radyasyonu tanımlarken üç temel niceliğini belirlemek gerekir; 1. Enerjisi (Düşük ya da yüksek enerjili) 2. Türü (Parçacık ya da elektromanyetik radyasyon) 3. Kaynağı (Doğal ya da yapay radyasyon) Radyasyonun tanımlanması sayesinde hangi radyonüklitten yayıldığı belirlenebilir. Böylece radyasyonun yarıömrü ve bozunum sabiti belirlenebilir. Ortamdaki radyasyonun karakteristik bilgileri belirlendikten sonra miktarını belirtmek amacıyla radyoaktivitesinin belirlenmesi gerekir. Aktivitenin birimi yeni birim sisteminde Becquerel (Bq)(bozunum/saniye) dir. Eski birim sisteminde ise buna Curie (Ci) karşılık gelir. (1 Ci=3,7x10 10 Bq)

Böylece radyasyonun yarıömrü ve bozunum sabiti belirlenebilir.

6 Radyoaktif Bozunum Kanunu N t = N 0 e λt N(t) : t süre sonunda bozunmadan kalan miktar N 0 : Başlangıçtaki miktar : Bozunum sabiti t : Süre Yarılanma Süresi N(t)=N 0 /2, t = t 1/2 ; t 1/2 =ln2/ Aktivite A t = N(t) t A(t) N(t) = Ae - t

: Bozunum sabiti t : Süre Yarılanma Süresi N(t)=N 0 /2, t

TERİM AKTİVİTE IŞINLAMA DOZU ESKİ Curie (Ci) ; 3,7x10 10 bozunum/saniye Röntgen (R); normal hava şartlarında (0 o C ve 760 mmhg basıncı) havanın 1 kg'ında 2.

7 TERİM AKTİVİTE IŞINLAMA DOZU ESKİ Curie (Ci) ; 3,7x10 10 bozunum/saniye Röntgen (R); normal hava şartlarında (0 o C ve 760 mmhg basıncı) havanın 1 kg'ında 2.58x10 4 Coulomb'luk elektrik yükü değerinde (+) ve (-) iyonlar oluşturan X veya radyasyonu miktarıdır. BİRİMİ YENİ Becquerel (Bq); 1 bozunum/saniye Coulomb/kilogram (C/kg); normal hava şartlarında havanın 1kg'ında 1 coulomb'luk elektrik yükü değerinde (+) ve (-) iyonlar oluşturan X veya radyasyonu miktarıdır. DÖNÜŞÜM 1 Ci= 3,7x10 10 Bq 1 Ci=37 GBq 1 C/kg=3876 R 1 R= 2,58x10-4 C/kg SOĞURULMUŞ DOZ radiation absorbed dose (rad); ışınlanan maddenin 1 kg'ında 10 2 Joule'luk enerji soğurulması meydana getiren herhangi bir radyasyon miktarıdır. Gray (Gy); ışınlanan maddenin 1 kg'ında 1 Joule'luk enerji soğurulması meydana getiren herhangi bir radyasyon miktarıdır. 1 Gy=100 rad 1rad=0,01 Gy DOZ EŞDEĞERİ röntgen equivalent man (rem); 1 Röntgenlik X veya ışını ile aynı biyolojik etkiyi oluşturan herhangi bir radyasyon miktarıdır. rem=(rad)x(w R )* Sievert (Sv); 1 Gy lik X ve ışını ile aynı biyolojik etkiyi meydana getiren herhangi bir radyasyon miktarıdır. Sv=(Gy)x(W R )* 1 Sv=100 rem 1 rem=0,01 Sv

BİRİMİ YENİ Becquerel (Bq); 1 bozunum/saniye Coulomb/kilogram (C/kg); normal hava şartlarında havanın 1kg'ında 1 coulomb'luk elektrik yükü değerinde (+) ve (-) iyonlar oluşturan X veya radyasyonu

8 NÜKLEER SPEKTROSKOPİ Radyasyon ve Radyoaktivite Radyasyon Madde Etkileşmesi & Radyasyon Deteksiyonu Nükleer Elektronik Nükleer Spektroskopi Fotonükleer Reaksiyon ve spektroskopi

9 RADYASYON MADDE ETKİLEŞİMİ Radyasyon madde ile etkileştiğinde madde içerisinde; hasar oluşumlarına, atomik uyarılmalara, elektron-pozitif iyon çifti oluşumuna, elektron-deşik çifti oluşumuna neden olur. Bu etkileşmeler sonucunda oluşan hasar, uyarılma veya iyon çiftlerinin miktarı, radyasyonun enerjisi ve tipine bağlı olduğu kadar radyasyonla etkileşen maddenin yapısına da bağlıdır.

10 Ağır yüklü parçacık radyasyonlar madde içerisinde kısa mesafelerde bütün enerjilerini bırakarak soğurulurlar. Bu nedenle madde içerisinde hasar oluşumuna sebep olurlar. Alfa Radyasyonunun polimer zincirle etkileşimi Katı hal iz detektöründe oluşan radyasyon izleri

Bu nedenle madde içerisinde hasar oluşumuna sebep olurlar.

11 Sintilasyon detektöründe radyasyon deteksiyonu Gama Radyasyonunun madde içerisinde sebep olduğu uyarılma

12 Radyasyonun maddesel ortamda meydana getirdiği iyonlaşma Gaz doldurulmuş tüp detektörlerde deteksiyon

13 Radyasyonun yarıiletken malzeme içerisindeki etkileşimi ve deteksiyonu

14 NÜKLEER SPEKTROSKOPİ Radyasyon ve Radyoaktivite Radyasyon Madde Etkileşmesi & Radyasyon Deteksiyonu Nükleer Elektronik Nükleer Spektroskopi Fotonükleer Reaksiyon ve spektroskopi

15 Aktif sayım sistemleri, amaca uygun seçilmiş detektörler ile bunların en verimli çalıştırılabileceği bir elektronik sistemle birleştirilmesiyle elde edilir. Aktif sayım sistemleri anlık ya da toplam spektrum elde etmek ya da basit sayımlar yapmak için kullanılmaktadırlar. Detektöre farklı enerjilerde gelen radyasyonlar içerisinde detektörün, hangi enerjili radyasyon ile ne kadar etkileştiği ya da istenilen enerjiye sahip radyasyona ne kadar maruz kaldığı belirlenebilir. Bu belirleme işlemi çok kanallı analizör (Multi Channel Analyser-MCA) ve tek kanallı analizörler (Single Channel Analyser-SCA) ile gerçekleştirilir.

Detektöre farklı enerjilerde gelen radyasyonlar içerisinde detektörün, hangi enerjili radyasyon ile ne kadar etkileştiği ya da istenilen enerjiye sahip

16 TÜRDEP Nükleer Elektronik Nükleer elektronik sistemler genel olarak; detektör, ön yükselteç, puls şekillendirici, ana yükselteç ve çıkış-gösterge katlarından oluşmaktadırlar. Detektörler, nükleer ışınımların elektriksel pulslara dönüştürülmesini sağlarlar. Yükselteçler, detektörlerden gelen pulsların çıkış ve gösterge aygıtlarınca güvenlikle ve rahatlıkla değerlendirilebilmesini sağlamak amacıyla, arada yükseltme ve şekillendirme işlemini yaparlar. Çıkış ve gösterge katları ise nükleer enerjinin elektriksel pulslara dönüştürülenlerinin sayılmasını, sıralanmasını ve diğer tür işlemleri yaparak kullanmaya sunan, değerlendiren ve bilgi veren bölümleridir.

Yükselteçler, detektörlerden gelen pulsların çıkış ve gösterge aygıtlarınca güvenlikle ve rahatlıkla değerlendirilebilmesini sağlamak amacıyla, arada yükseltme ve

17 Puls Yükseltme ve Şekillendirme Voltaj Duyarlı Ön-Yükselteç Yük Duyarlı Ön-Yükselteç Temel seviye düzeltici (baseline restorer) Sıfır kutup düzeltmesi (pole-zero cancellation) Yığılım önleyici (pile-up rejector)

düzeltici (baseline restorer) Sıfır kutup düzeltmesi

18 Tek Kanallı Analizör Belirli bir enerji aralığındaki radyasyonu algılamak amacıyla kullanılırlar. Kabaca iki karşılaştırma devresinden (fark yükselteci) oluşurlar. Bu fark yükselteçlerinden biri alçak (alt) seviye ayırıcısını (E)(Lower Level Discriminator-LLD) oluşturur ve diğeri ise yüksek seviye ayırıcısını (E + E)(Upper Level Discriminator-ULD) oluşturur. Bu iki enerji aralığında kalan sinyaller sayım değeri kazanır ve dijital sinyallere dönüştürülerek kayıtçı birimine gönderilir.

Bu fark yükselteçlerinden biri alçak (alt) seviye ayırıcısını (E)(Lower Level Discriminator-LLD) oluşturur ve diğeri ise

19 Çok Kanallı Analizör Belirli bir enerji aralığını, sahip olduğu kanal sayısına bölerek ΔE enerji aralıklarında gelen radyasyonların algılanmasını gerçekleştiren sistemlerdir. Kabaca birden fazla SCA nın ardışık olarak birleştirilmiş halidir. Aynı anda farklı enerjilere sahip radyasyonlar algılanmak istendiğinde bu sistemler kullanılır. Kanal sayısı arttıkça sistemin enerji çözünürlüğü (resolution) artar.

Kabaca birden fazla SCA nın ardışık olarak birleştirilmiş halidir.

20 NÜKLEER SPEKTROSKOPİ Radyasyon ve Radyoaktivite Radyasyon Madde Etkileşmesi & Radyasyon Deteksiyonu Nükleer Elektronik Nükleer Spektroskopi Fotonükleer Reaksiyon ve spektroskopi

21 Spektrum oluşumu

Enerji Çözünürlüğü Detektörlerin kalitesini belirlemek için çoğunlukla kullanılan önemli parametrelerden birisi çözünürlüktür. Alfa parçacıkları ve çoğu fotonlar monoenerjiktir.

22 Enerji Çözünürlüğü Detektörlerin kalitesini belirlemek için çoğunlukla kullanılan önemli parametrelerden birisi çözünürlüktür. Alfa parçacıkları ve çoğu fotonlar monoenerjiktir. Bu nedenle spektrumlarının keskin bir pik olması gerekir. Ancak radyoaktivitenin istatistiksel doğasına ve kullanılan sistemin karakteristiklerine bağlı olarak bu pik genişler. Detektörün çözünürlüğü pik genişliğinin bir ölçüsüdür. Maksimum yüksekliğin yarısındaki pik tam genişliği (FWHM Full Width at Half Maximum) olarak tanımlanır.

23 Gama Spektroskopisinde Spektrum Bileşenleri

24 Kalibrasyon: Bir ölçü aleti veya ölçme sisteminin gösterdiği veya bir ölçeğin ifade ettiği değerler ile, ölçülenin bilinen değerleri arasındaki ilişkiyi belli koşullar altında oluşturan işlemler dizisi olarak tanımlanır. Nükleer spektroskopide analizi yapılacak bir numunede ilgilenilen radyoaktif çekirdeğin yaydığı radyasyon enerjisi ve birim kütledeki aktivitesinin doğru bir şekilde saptanabilmesi için yapılan ön işlemler dizisi olarak adlandırılabilir. Enerji Kalibrasyonu (Kanal numaralarının fonksiyonu) Verim Kalibrasyonu (Ln(eff)= Ln(E) nin fonksiyonu) Çözünürlük (resolution) (FWHM 2 =enerjinin fonksiyonu) kalibrasyonu

25 Enerji Kalibrasyonu E = m.k + c E enerji, m elde edilen grafiğin eğimi, K kanal numarası, c düzeltme sabiti (sıfıra olabildiğince yakın)

26 Verim Kalibrasyonu ε = N A. t. P γ verim, N net sayım alanı, A kaynak aktivitesi, t net sayım süresi, P gamanın kaynaktan yayınlanma olasılığı. lnε = a 0 + a 1 (lne γ ) 1 +a 2 (lne γ ) 2 +a 3 (lne γ ) 3 +

27 Çözünürlük Kalibrasyonu FWHM = α + β. E

28 Region Of Interest

29 Aktivite ve Hata Hesaplama A = N E γ ε γ. t. P Eγ A : Aktivite (Bq/kg) N E : E enerjisine ait net sayım alanı : E enerjisine ait verim t : Net sayım süresi P E : E enerjili gamanın yayınlanma olasılığı Net alan hatası = (toplam alan hatası) 2 +(background hatası) 2 Toplam alan hatası= toplam alan

30 NÜKLEER SPEKTROSKOPİ Radyasyon ve Radyoaktivite Radyasyon Madde Etkileşmesi & Radyasyon Deteksiyonu Nükleer Elektronik Nükleer Spektroskopi Fotonükleer Reaksiyon ve spektroskopi

31 Nb 93 (,n)nb 92 fotonükleer reaksiyonu kullanılarak Nb 92 nin foton enerjilerinin ve bozunum sabitinin bulunması.

32 Nb 92 gama spektrumu

33 A t A 2t A 3t = A 0. e λ Nb.t = A t. e λ Nb.t = A 2t. e λ Nb.t... λ Nb = ln A 0 A(t) t

34 TEŞEKKÜRLER

Benzer belgeler

Radyasyon, Radyoaktivite, Doz, Birimler ve Tanımlar. Dr. Halil DEMİREL

Radyasyon, Radyoaktivite, Doz, Birimler ve Tanımlar Dr. Halil DEMİREL Radyasyon, Radyoaktivite, Doz ve Birimler Çekirdek Elektron Elektron Yörüngesi Nötron Proton Nükleon Atom 18.05.2011 TAEK - ADHK 2