BAKIR ATOMUNDA K,L,M ZARFLARI

Transkript

1

2 HER ATOMUN YÖRÜNGE ZARFLARINDA (K,L,M,..) BULUNABİLECEK MAKSİMUM ELEKTRON SAYISI 2n 2 FORMÜLÜ İLE BULUNABİLİR. SON YÖRÜNGE ZARFINDA EN ÇOK 8 ELEKTRON BULUNUR. Helyum atomu

3 BAKIR ATOMUNDA K,L,M ZARFLARI

4 RADYOAKTİVİTE Nötronların azlığı veya çokluğu ya da hem proton hem de nötronların fazlalığından ileri gelir - - Alfa, beta ve gama ışınları manyetik alan kullanarak ayrılabilir. Alfa ve beta partikülleri zıt yüklü olduklarından zıt yönlere saparlar. Gama ışınları yüksüz olduğundan sapma göstermezler

5

6 Atom çekirdeğinde kararlılık ya da kararsızlığa neden olan proton- nötron sayıları arasındaki ilişkide, çoğunlukla aşağıdaki özelliklerle karşılaşıldığı belirtilmektedir 1- Atom numarası 1-20 arasındaki atomların çekirdeklerinde proton sayısı = nötron sayısıdır. 2- Atom numarası arasındaki çekirdeklerde nötron sayısı proton sayısından fazladır. 3- Atom numarası 83 ten büyük olan elementlerin çekirdekleri kararsız olup radyoaktiftir. En ağır kararlı atom 83 Bi 207 dir 4- Atom numarası ve nötron sayısı çift olan atomların, atom numarası ve nötron sayısı tek olan atomlara göre, daha çok sayıda kararlı izotopu vardır. 5- En kararlı çekirdekler, hem nötron hem de proton sayıları çift olanlardır proton veya nötron sayısına sahip çekirdekler özellikle kararlıdır. Bu sayılara sihirli sayılar denir.

7 RADYOAKTİF İYOTUN BOZUNMA ŞEMASI

8 PARTİKÜLER VE ELEKTROMANYETİK IŞINLARIN GİRİCİLİK YETENEKLERİ

9

10 232 Th BOZUNMA ŞEMASI

11 URANYUM-238 BOZUNMASININ ŞEMATİK GÖSTERİLİŞİ

12 ALFA BOZUNMASI

13 BETA BOZUNMASININ İKİ ŞEKLİ (negatron)

14 ELEKTRON YAKALAMA ŞEKLİNDE BOZUNMA K yörüngesindeki bir elektron ile çekirdeğin bir protonu bir nötron oluşturmak üzere birleşirler K yörüngesindeki bir elektronun çekirdek tarafından yakalanması

15

16 GAMA IŞINLARININ ENERJİLERİNE BAĞLI OLARAK MADDE İLE ETKİLEŞİM ŞEKİLLERİ Rayleight saçılması - fotunun enerjisi < elektronun bağlanma enerjisi Fotoelektrik absorbsiyon - foton enerjisi elektronun bağlanma enerjisi Compton saçılması 0,3 mev < foton enerjisi < 3 MeV Çift oluşumu foton enerjisi > 1.02 MeV

17 Fiziksel yarı-ömür ve bozunma sabiti ile bağıntısı T 1/2 ( fiziksel yarı ömür) = 0,693 /

18 Fiziksel yarı ömür: Bir madde içindeki radyoaktif atomların yarısının bozunması için gereken zaman

19 EFEKTİF YARI ÖMÜRÜN FİZİKSEL (RADYOLOJİK) VE BİYOLOJİK YARI ÖMÜRLE BAĞINTISI

20 Spesifik Aktivite A sp (Ci/gr) = x N 0 / A x 3,7x10 10

21 Radyasyon Sayım (Ölçüm) Cihazları

22 Bütün radyasyon çeşitlerini bir arada ölçen bir cihaz yoktur. Bunun yerine radyasyon tipleri ve enerjilerine özgü cihazlar kullanılmaktadır. İyonizasyon Odaları Geiger Mueller Sayıcıları Sintilasyon Sayıcıları Soyum İyodür-Talyum dedektörlü gama spektrometresi Sıvı sintilasyon β spektrometresi Yarı-iletken dedektörler Yüksek saflıkta Germanyum (HPGe) dedektörlü gama spaktrometresi Silisyum iyon yüklü implante alfa spektrometresi

23 İyonizasyon odası Yüksek düzeyde β ve γ için uygundur R/saat Radyasyon tiplerini ve enerjilerini ayırt edemez

24 Orantılı sayıcı Orantılı sayıcılarda radyasyon tiplerini ayırt etmek ve belli enerjideki radyasyonları ölçmek mümkündür.

25 Gaz iyonizasyon dedektörleri Voltaj-iyon çifti sayısı ilişkisi

26 GEIGER MULLER SAYICISI

27

28 SİNTİLASYON SAYICISI

29 Sintilasyon Cihazları 1. Radyasyonun floresan maddeyi iyonlaştırması 2. Meydana gelen pozitif iyondaki elektron boşluğunu serbest elektronla doldurması 3. Bu aşamada ışık (parıldama) oluşması 4. Bu pırıltının (sintilasyon) fotoçoğaltıcıda büyütülerek elektronik bir devrede sayıma dönüştürülmesi

30 Beta sıvı sintilasyon cihazı C-14, H-3, Sr-90, P-32,

31 Gama spektrometresi Aktivitesi çok düşük çevresel örneklerden yüksek aktiviteli kaynaklara kadar geniş bir aralıkta çok hassas ölçümler için uygundur Ölçülen örnekte gama yayan tüm radyonüklidler ayırt edilebilir ve aktiviteleri ölçülebilir. Örneklerin sayımdan önce herhangi bir kimyasal ve radyokimyasal işleme tabi tutulmasına gerek yoktur. Örneklerin standart kaynak geometrisine eş geometriye getirilmesi, kurutma ve eleme gibi fiziksel işlemlere gerek duyulur. Bir ölçümde birkaç radyonüklid ( 137 Cs, 40 K, 226 Ra, 228 Ra, 7 Be vb..) ölçülebilir.

32 Gama spektrometresi Gama spektrometresinde yüksek saflıkta germanyum dedektöre gelen gama fotonları fotoelektrik, compton ve çift teşekkülü olaylarının hepsi ile dedektörün kristali ile etkileşir. Spektrumda bu üç olaya ait bölgeler kabaca ayırt edilebilmektedir. Bunlardan F.O. oluşması tercih edilir. Compton ve Ç.T. ise etkileşime girmeden dedektörü geçen enerji ile beraber spektrumda piklerin altında devamlı olarak bulunan bir bölgenin var olmasına neden olmaktadır.

33 Gama spektrumu

34 Gama spektrumu

35 Gama spektrometresinin bileşenleri Dedektör: Fotonlarla etkileşimin olduğu ve çok düşük şiddette voltaj iletisinin oluştuğu kısım (Ge kristali). Önyükseltici: Dedektörden gelen sinyalleri yükselten bölüm. Çok kanallı analizör (MCA): Dedektörden gelen sinyallerin şekillendirildiği (Gauss) analog sinyallerin dijital sinyallere dönüştürüldüğü kısım. Veri işleme programı: Spektrumları gösteren, depolayan ve analiz etmemize yarayan bilgisayar programı

36 Gama spektrometresi Bir yarı-iletken dedektörde (yüksek saflıkta Ge gibi) dedektöre yüksek elektrik alan uygulanır. Dedektörde gama fotonları nedeniyle elektriksel boşluklar ve elektronlar oluşur ve bunlar da elektriksel iletiyi oluşturur. Bir sintilasyon dedektörlü (NaI Tl) gama spektrometresinde HPGe nin spektrumuna benzer şekilde 100 kev e kadar X ışınları bölgesi ardından geri saçılma (back scattering) ve Compton bölgeleri bulunur. Bizim ilgilendiğimiz ise bu unsurların üzerinde veya sonrasında oluşan ve ölçtüğümüz maddede bulunan gama yayıcı radyonüklidlerin oluşturduğu piklerdir (Full energy photo peak).

37

38

39

40 Gama spektrometresi Yüksek saflıkta Ge dedektörün ayırma gücü (rezolüsyonu) yüksektir verimi düşüktür NaITl sintilasyon dedektörünün ayırma gücü düşük verimi yüksektir. 3 x 3 inch çapındaki bir NaITl dedektörün verimi standart değer olarak %100 kabul edilir. Ge dedektörlerin verimi dedektörün hacmine (kristal büyüklüğü) göre %10 ila %150 arasında değişmektedir. Ge dedektörlerin sıvı azot sıcaklığında ( C) çalıştırılması gerekmektedir.

41 Gama spektrometresi Background Düzeltmesi: Gama spektrometresinde herhangi bir doğal radyonüklidin ölçümü yapılırken önceden aynı kapta saf su ile yapılmış sayım Bg kabul edilerek örnek sayımından düşülmelidir.

42 Alfa Spektrometresi

43 Alfa Spektrometresi 1. Aynı anda çok sayıda örnekte (genellikle 4,8,16) alfa yayan radyonüklidin spesifik aktivitesi ölçülebilir. 2. ( 210 Po, 238 U, 226 Ra, 241 Am) ölçümü yapılabilmektedir. Alfa taneciklerinin giriciliği az olduğundan küçük odacıklar içinde sayım yapılır 3. Örnekten gelen alfa partikülerinin dedektöre ulaşabilmesi için örnekdedektör arasındaki hava basıncının odacık içinde yüksek vakum uygulanarak (10-50 mtorr) düşürülmesi gerekmektedir. 4. Yine aynı nedenle örneğin ince ve küçük bir disk biçimine getirilmesi gerekmektedir. 5. Ölçme işleminden önce her radyonüklid için spesifik olan radyokimyasal işlemlere ihtiyaç vardır. Bu işlemlerle örnekte ölçülmek istenen radyonüklid Ag, Al, Cu diskler üzerinde biriktirilir.

44 Po-210 ölçümü Po-210 toplam ölçüm verimi (kimyasal+dedektör) örneğe işlemler başlamadan önce ilave edilen Po-209 verimi ile belirlenir.

45 Sayım hataları ve düzeltilmeleri İSTATİSTİK HATA n N t N t Burada n, gerçek sayım değerini; N, ölçülen sayım değerini; t, sayım süresini ifade etmektedir. Örneğin, 10 dakikada elde edilen sayım değeri ise, gerçek sayım değeri, n = 1000 ± 10 dur. ÖLÜ ZAMAN DÜZELTMESİ Düzeltilmiş sayım hızı N T = N + 60 N 2 ZEMİN RADYASYONU (back ground) DÜZELTMESİ Kozmik ışınlar ve yerden gelen radyasyon sebebiyle, bütün sayıcılar üzerlerinde kaynak olmadan da sayım verirler. Özellikle aktivitesi düşük olan kaynakların sayım hızları içinde büyük bir paya sahip olurlar. Radyoaktif örneğin sayımına başlamadan önce 5-10 dakika süreyle cihazdan alınan B.G. değerinin sayım süresine bölünmesiyle B.G. sayım hızı elde edildikten sonra, örneğin sayım hızından çkarılmasıyla yapılır.