Interakcia a detekcia častíc Interakcie Detekcia Interakcia žiarenia s hmotou •v jej dôsledku vznikajú pozorovateľné a merateľné efekty v hmote. •Fyzikálne procesy umožňujúce detekciu častíc sú rôzne pre neutrálne a nabité častice •Nenabité častice treba najskôr konvertovať na nabité, ktoré sa dajú registrovať g fotoefekt, Comptonov efekt, tvorba párov e n n+B®Li+a a Interakcie nabitých častíc – základné mechanizmy straty energie •Rozptyl – pružný (Rutherfordov) • • – nepružný • •Brzdné žiarenie • Elektromagnetická interakcia medzi časticami a atomárnymi elektrónmi alebo jadrami exitácia ionizácia kinetická energia sa nemení na iný druh energie kinetická energia sa mení na iný druh energie významné pre ľahké častice • Tvrdé zrážky Rozptyl •Pri prechode NČ prostredím sa prejavuje predovšetkým interakcia s elektrickým Coulombovým polom atómov a ich jadier. Z hľadiska energetickej bilancie sa rozptyl delí na pružný a nepružný. Pružný rozptyl – kinetická energia sa nemení na iný druh energie. Platí ZZE a ZZH nalietavajúcej častice a rozptylového centra. Častica pokračuje v pohybe cik –cak a znižuje energiu o porciu, ktorú odnáša rozptylujúce centrum ® (napr. Ruthefordov rozptyl). Nepružný rozptyl – kinetická energia častice sa mení na iné druhy energie (emisia gama žiarenia, zmena vnútornej štruktúry – exitácia, deexitácia). Nepružný rozptyl nastáva pri prenosoch energií vyšších ako je exitačná, alebo ionizačná energia atómov a je sprevádzaný exitáciami alebo ionizáciami atómov. Exitácia a ionizácia •Nabitá častica stráca Ek prevažne Coulombovou interakcia •s elektrónmi v atómoch látok. energia prenesená na elektróny atómového obalu malá ® exitácia atómu ® deexitácia (vonkajšie vrstvy - viditeľné svetlo, vnútorné vrstvy – rtg) veľká ® ionizácia atómu ® rozdelenie atómu na elektrón a ión primárna ionizácia iónové páry vytvorených primárnou časticou sekundárna ionizácia niektoré e získajú dostatočnú energiu, aby sami ionizovali prostredie pozdĺž svojej trajektórie Image0250 Mechanizmus prenosu energie na elektróny prenesená hybnosť : Interakčná doba Coulomb. sila ELEKTRÓN na ktorý sa prenáša hybnosť ČASTICA Hustota elektrónov : ze Prenesená energia : Ionizačné straty : Bethe – Blochova formula (popis ionizačných strát) •Veľkosť straty energie na jednotku dráhy častice sa nazýva lineárny prenos energie LET •LET ~ elektrónovej hustote látky • ~ štvorcu rýchlosti častice v-2 • • • •presná hodnota Bethe – Bloch formulov • Image0257 Image0256 Hustota elektrónov Brzdné žiarenie •Rozptyl častice pod veľkými uhlami spôsobuje veľké zrýchlenie ® podľa zákonitostí Maxwellovej elektrodynamiky vedie k emisii elektromagnetického žiarenia fotónov ® tzv. brzdného žiarenia so spojitým spektrom. •Intenzita žiarenia ~ a2 tj. z2/m2. •Brzdné žiarenie sa uplatňuje predovšetkým u ľahkých častíc. (protony strácajú brzdným žiarením milión-krát menej energie ako elektróny). Interakce-Radiace ze Interakcia ťažkých nabitých častíc s látkovým prostredím Ťažká nabitá častica M³mp>>me Prechod ťažkých nabitých častíc Rozptyl na jadrách atómov na popis možno použiť Rutherfordov rozptyl (bariéra V väčšinou zabraňuje silnej ineterkcie) •prevláda rozptyl na malé uhly •mnohonásobný rozptyl – odchýky trajektórie skladajú, v priemere anulujú. Stredný uhol odklonu: Nepružné zrážky s elektónmi atómového obalu. Exitácia a deexitácia ® vyžiarenie fotónu (pokles energie relatívne malý 1-10eV) Ionizácia – pokles energie väčší; Elektromagnetická interakcia medzi časticami a atomárnymi elektrónmi alebo jadrami Tvrdé zrážky s elektrónmi Pre alfa časticu s Ea=4MeV DE~2.2keV. ® v priemere sa stráca oveľa menej energie ® veľké množstvo zrážok do zastavenia častice t.j mnohonásobný rozptyl. Image0248 Ionizačné straty •Pre ionizačné straty Bethe –Bloch formula (QM): Oblasť III – dominuje logaritmický člen – relativistický rast ionizácie Oblasť II – dominuje 1/v2 Oblasť I - oblast veľmi malých energií vzrast ionizácie ustáva, pretože častica stráca z energetického hľadiska schopnosť ionizovať prostredie. Navyše častica začne priťahovať e a znižovať svoj náboj ® neutralizácia. Image0249 Image0256 Merná ionizácia – počet iónových párov vytvorených na jednotku dĺžky dráhy častice Bragova krivka – hadrónová terapia Relativistický nárast 1/v2 Braggova krivka d2 Tesne pred zabrzdením častice sa prenáša najväčšie množstvo energie na elektróny okolitého prostredia – krivka mernej ionizácie dosahuje výrazné maximum tzv.. Braggovo maximum. Vzťah medzi dobehom s energiou Poloempirické formule: R=0.318E3/2 pre alfa vo vzduchu Porovnávanie doletov rôznych častíc Dolet •V dostatočnej vrstve látky sa častica nakoniec zastaví ® dolet •Náhodný charakter ionizácie a mnohonásobného rozptylu spôsobuje, že dolet vykazuje fluktuácie definujeme: •Stredný dolet •Extrapolovaný dolet – dotyčnica v bode (N/2,Rs) •Maximálny dolet – zodpovedá maximu diferenciálnej krivky U ťažkých častíc možno z doletu veľmi presne určiť ich energie. Image0263 Interakcia elektrónov s látkovým prostredím Energetické straty elektrónov •Elektromagnetická interakcia, v porovnaní s ťažkými časticami dlhší dolet ( pretože pri tej istej energie oveľa väčšia rýchlosť Þ oveľa menšie ionizačné straty ) •Pri tvrdej interakcie s e (vďaka rovnakej m) stráca oveľa väčšiu energiu ako ťažká častica •Dolet vykazuje oveľa väčšie fluktuácie (e môže stratiť v jednej tvrdej zrážke takmer všetku energiu, alebo môže pružný rozptylom prejsť veľkú vzdialenosť) •Ionizácia a exitácia atómov prostredia (podobne ako ťažké častice) •Významnú úlohu • radiačné straty •Pružný rozptyl e na jadrách •Rozptyl e na e •Ionizačné straty •Radiačné straty Image0259 Image0260 Image0261 •Pri vysokých energiách strácajú energiu vyžarovaním brzdného žiarenia (radiačné straty) •Intenzita žiarenia ~ a2 tj. Z2.q2/m2 •Pri určitej energie prevládajú radiačné straty nad ionizačnými Radiačná dĺžka – dĺžka dráhy na ktorej klesne energia elektrónu na 1/e Kritická energia – energia, pri ktorej dochádza k vyrovnaniu oboch druhov strát Inizačné straty Radiačné straty Image0259 •Pri vysokých energiách strácajú energiu vyžarovaním brzdného žiarenia (radiačné straty) •Intenzita žiarenia ~ a2 tj. Z2.q2/m2 •Pri určitej energie prevládajú radiačné straty nad ionizačnými Inizačné straty Radiačné straty d3 Radiačné straty Ionizačné straty Dolet - energia d4 Štatistická fluktuácia v počte depozičných aktov spôsobuje značnú fluktuáciu v dobehoch elektrónov Interakcia gama žiarenia s látkovým prostredím Energetické straty žiarenia gama •Fotoefekt. Foton g odovzdá celú energiu e a zanikne. Správanie fotoelektronu s Ee = Eg - Ev je identické s b žiarením (pohyb cik-cak, ionizácia). Uvolnené miesto môže byť zaplnené e z vyššej vrstvy — vyžiarenie fotónu (napr. rtg, alternatíva Augerov elektrón) •Comptonovský rozptyl – energia gama kvánt oveľa vyššia ako väzbová energia e ®rozptyl na voľných e •Tvorba párov v poli jadier – dostatočne vysoké energie gama ~ 1,022MeV • InterakceGama Image0246 Fotoefekt •Prechod gama cez látku sprevádzaný jeho pohlcovaním •Nemôže nastať na voľnom e (ZZ)®musí byť viazaný v obale atómu •s maximá pre energie porovnateľné s Evazba ® rezonančný charakter. •Fotoefekt nastává najčastejšie u žiarenia g s nižšími energiami a v látkach s veľkým protónovým číslom Z. •Atómy s väčším Z majú silne viazané e a menej pripomínajú voľné elektróny, na ktorych sa fotoefekt nemôže zrealizovať ® silná závislosť na Z • InterakceGama Závislosť účinného prierezu • Image0246 Comptonov jav •Rozptyl so zmenou vlnovej dĺžky dopadajúceho g (Comptonovský rozptyl) alebo bez nej •Energetické a uhlové charakteristiky dané ZZ: • Eg ' = Eg /[1 + (Eg /moec2).(1 - cos J)] • • • •Comptonov rozptyl se najviac uplatňuje u žiarenia g stredných a vyšších energií a v látkach s nízkým protonovým číslem Z (e slabo viazaný). Pravdepodobnosť je menej závislá od Z a Eg v porovnaní s fotoefektom InterakceGama Uhlová distribúcia elektrónov v závislosti od Eg d7 Vyššie energie - produkcia e dopredu Malé energie - symetrický priebeh okolo 90 stupňov Páry •ZZE, ZZH Þvyžaduje prítomnosť jadra (podobne ako fotoefekt) Þ$ závislosť od Z •Prahová energia 1.02 MeV •Proces významný pri vysokoenergetických g a pri ťažkých prvkoch •Pozitron po zabrzdení anihiluje s niektorým z dalších elektrónov za vzniku dvoch fotónov g o energii 511keV. InterakceGama Celkový účinný prierez porovnanie podľa Z d6 Pravdepodobnosť je menej závislá od Z a Eg v porovnaní s fotoefektom Z=13 Z=82 Silne viazaný e Detektory •Elektronické detektory – absorbovaná energia IŽ sa prevádza na elektrický prúd alebo el. impulz, ktorý sa ďalej spracováva elektronickým zariadením •Dráhové komory – IČ zanecháva vo vhodnom prostredí stopy prístroje, zariadenia na registráciu elementárnych častíc, atómových jadier rtg. žiarenia a g žiarenia Typy detektorov Princípy detekcie •Podľa princípu detekcie detektory delíme: • 1.Elektronické – absorbovaná energia IŽ sa prevádza na elektrický prúd alebo impulz 2. 2. 2. 2.Fotografické – založené na fotochemických účinkoch IŽ (jadrové emulzie, rtg filmy, filmové dozimetre...) alebo využívajúce fotografické zobrazenie stop častíc v látkovom prostredí (bublinové, hmlové komory) 3. 3.Materiálové – využívajú dlhodobejšie zmeny vlastností určitých látok (farba, zloženie) pôsobením IŽ. (stopové detektory ® lokálne poruchy spôsobené IČ sa leptaním zväčšujú do makroskopických rozmerov a počíta sa ich hustota) 4. Detekce1 Najdôležitejšie charakteristiky detektorov •Detekčná účinnosť žiarenia – pravdepodobnosť registrácie častice po dopade do pracovného objektu D •Priestorové rozlíšenie – minimálna vzdilenosť dvoch častíc, ktoré možno ešte rozlíšiť. •Časové rozlíšenie – minimálny interval času medzi prechodom dvoch častíc detektorom, keď sú ešte registrované oddelene •Mŕtva doba (doba regenerácie) – časový interval, počas ktorého detektor nemôže zaznamenávať ďalšiu časticu. Princíp detekcie nepriamo ionizujúcich častíc • Nenabité častice sa konvertujú na nabité (interakciou v látkovom prostredí) a tie sa detekujú • g fotoefekt, Comptonov efekt, tvorba párov e n a, p... Plynové detektory DetektorIonizacni Plynové detektory •Plynové detektory – dve kovové elektródy umiestnené v plynnom prostredí a pripojené na U ~stovky V. •Bez prítomnosti žiarenie I=0 (obvod nie je uzatvorený) •Prítomnosť IŽ v priestore komory – ionizuje neutrálne atómy Vzniká merateľný prúd. Na vytvorenie páru elektrón – ión treba ~ 32 eV „doskový kondenzátor“ Elektrické vlastnosti plynového detektora 1.Oblasť Ohmovho zákona – ióny vznikajúce ionizáciou rekombinujú, pravdepodobnosť rekombinácie klesá s rýchlosťou iónov (resp. s rastúcim napätím. 2.Oblasť nasýteného prúdu - iony sú vplyvom silného el. poľa tak rýchle, že nestačia rekombinovať Þ všetky sa účastnia vedenia prúdu, nezávisle od U, závislé iba od intenzity žiarenia. 3.Oblasť nárazovej ionizácie – primárne ióny tak urýchlené, že nárazom na neutrálne atómy, (resp.molekuly) vytvárajú ďalšie sekundárne ióny. • Vysoká hodnota napätia zabraňuje rekombinácii VOLT – AMPÉROVÁ CHARAKTERISTIKA DetektorIonizacni1 Oblasť ohmovho zákona Oblasť nasýteného prúdu Oblasť nárazovej ionizácie Úsek čiastočnej proporcionality Geigerova oblasť Úsek úplnej proporcionality Rekombinácia významná Rekombinácia zanedbateľná Ionizácia nárazom Oblasť Ohmovho zákona – ióny vznikajúce ionizáciou rekombinujú, pravdepodobnosť rekombinácie klesá s rýchlosťou iónov (resp. s rastúcim napätím. Volt-ampérova charakteristika DetektorIonizacni DetektorIonizacni1 Oblasť ohmovho zákona Oblasť nasýteného prúdu Oblasť nárazovej ionizácie Úsek čiastočnej proporcionality Geigerova oblasť Úsek úplnej proporcionality Rekombinácia významná Rekombinácia zanedbateľná Ionizácia nárazom Volt-ampérova charakteristika Oblasť nasýteného prúdu - iony sú vplyvom silného el. poľa tak rýchle, že nestačia rekombinovať Þ všetky sa účastnia vedenia prúdu, nezávisle od U, závislé iba od intenzity žiarenia. Všetky iónové páry vyzbierané DetektorIonizacni DetektorIonizacni1 Úsek úplnej proporcionality – počet sekundárnych iónov priamo úmerný počtu primárnych iónov (proporcionální detektory). Pri ďalšom zvyšovaní U je sekundárna ionizácia nárazom tak intenzívna, že dochádza k lavínovítému zmnoženiu elektrónov a iontov Geigerova oblasť (Geiger-Mullerovy detektory) Oblasť ohmovho zákona Oblasť nasýteného prúdu Oblasť nárazovej ionizácie Volt-ampérova charakteristika Úsek čiastočnej proporcionality Geigerova oblasť Úsek úplnej proporcionality Rekombinácia významná Rekombinácia zanedbateľná Ionizácia nárazom Oblasť nárazovej ionizácie – primárne ióny tak urýchlené, že nárazom na neutrálne atómy, (resp.molekuly) vytvárajú ďalšie sekundárne ióny. • Image0251 Výstupný signál obrovský a nezávisí od deponovanej energie ® strata spektrometrických vlastností Samostatný výboj, príveľmi vysoké napätie Ionizačné komory d8 PRINCÍP: využitie ionizácie. Na vytvorenie páru elektrón – ión treba ~ 35 eV Spektrometrické vlastnosti ® možnosť merania energie častice pomocou počtu vytvorených iónov Prúd úmerný deponovanej energie vo vnútri detektora Meranie prúdu medzi anódou a mriežkou ® tvar napäťového pulzu je určený tranzitným časom elektrónov ~ms Elektróny sa pohybujú 1000 krát rychlejšie ako ióny. Napäťový impulz ~mV využíva sa signál vyvolaný príchodom e na anódu OBLASŤ NASÝTENÉHO PRÚDU Image0252 Proporcionálne počítače •Geometria – cylinder •využitie sekundárnej ionizácie, nedochádza k lavínovitému mikrovýboju. •Koeficient zosilnenia je cca 103-105, mrtvá doba bývá rádovo 10-6s, napäťový impulz ~1-10mV •Vyžadujú dokonalú stabilizáciu zdroja U, amplitúda impulzu od neho silne závislá •Veľkosť výstupného napäťového impulzu zostáva úmerný počtu primárnych ionizácii (t.j úmerný deponovanej energie –spektrometria •Ionizácie vznikajú predovšetkým v blízkosti anódy, kde je pole najsilnejšie. Rýchlosť zberu e t~1-10ns Napätie volené tak, aby pomerne veľký gradient el.poľa vytváral priaznivé podmienky pre vznik ionizácie nárazom v okolí anódy Tenký drôt - anóda b~10mm a~0.01mm V~1kV ÞE~107V/m blízkosti ihly Geiger Müellerove počítače •Podmienky pre ionizáciu nárazom sú splnené v celom objeme počítača •Vysoké napätie spôsobuje, že jediný vytvorený pár iónov schopný vyvolať lavínu (z jedného primárního elektronu vzniká až 1010 sekundárních elektronů), ktorá zapáli trvalý výboj •Nutnosť zhášania, aby bola možná ďalśia registrácia častíc – prímesy, ktoré pohlcujú ultrafial. žiarenie (vznikajúce pri neutralizácii iónov) a tým znižujú pravdepodobnosť vzniku ďalších e. •VÝHODY: vysoká amplitúda impulzov ~V •NEVÝHODA nemá spektrometrické vlastnosti , vysoká mŕtva doba Scintilačné detektory Scintilačné detektory • Najstaršia metóda detekcie žiarenia ® Rutherford (počítali záblesky vzbudené dopadajúcimi časticami a na tienitku sírnika zinku. • Pohltenie kvánt IŽ ® svetelný zábles ® konvertovanie záblesku na el.signál d11 Fotokatóda - malá výstupná práca Súčasné scintilačné detektory: scintilátor, svetlovod a fotonásobič: Scintilátor – látka, ktorá po exitácii nabitými časticami emituje svetelné žiarenie vo viditeľnej až ultrafialovej časti spektra Svetlovod – vhodne tvarovaná súčasť z priehľadného materiálu, ktorý vedie svetelný signál zo scintilátora na fotokatódu fotonásobiča Fotonásobič – špeciálna elektrónka, ktorá mení veľmi slabé svetelné signály na elektrické impulzy Fotonásobič Scintilačné detektory DetektorScintilacni Fotonásobič – špeciálna elektrónka, ktorá s vysokou citlivosťou prevádza svetlo na el. signál. Fotoelektrickým javom vyrážané fotoelektróny Opakovaným násobením e na poslednú dynódu dopadne cca 105 e – dostatočný počet k vyvolaniu dobre merateľného el. impulzu. 1e ~ približne na 20 absorbovaných fotónov •Mŕtva doba ~ 1ms Výška impulsu na výstupe fotonásobiča bude vždy úmerná deponovanej energii Na vytvorenie jedného fotoelektrónu je potrebná energia 300 eV Spracovanie výstupného signálu DetektorScintilacni Výška impulsu na výstupe fotonásobiča bude vždy úmerná deponovanej energii ·Meranie počtu impulzov – impulz zo zosilovača odvádza na amplitúdový analyzátor (el. obvod prepúšťajúci impulzy medzi hornou a dolnou diskriminačnou hladinou) – Diskriminačné okienko väčšinou zahrňuje fotopík. Impulzy potom do čítača, ich počet ~ aktivite Spektrometrická analýza Impulzy zo zosilovača do analógovo – digitálneho prevodníka, ktorý veľkosť amplitúdy odvádza do pamate mnohokanálového analyzátora (amplitúde impulzu sa prideľuje adresa v pamati, ktorej obsah sa zväčší o 1) Spracovanie výstupného signálu DetektorScintilacni Výška impulsu na výstupe fotonásobiča bude vždy úmerná deponovanej energii ·Meranie počtu impulzov – impulz zo zosilovača odvádza na amplitúdový analyzátor (el. obvod prepúšťajúci impulzy medzi hornou a dolnou diskriminačnou hladinou) – Diskriminačné okienko väčšinou zahrňuje fotopík. Impulzy potom do čítača, ich počet ~ aktivite AMPLITÚDOVÝ ANALYZÁTOR Čítač impulzov Spracovanie výstupného signálu DetektorScintilacni Výška impulsu na výstupe fotonásobiča bude vždy úmerná deponovanej energii Spektrometrická analýza Impulzy zo zosilovača do analógovo – digitálneho prevodníka, ktorý pridelí podĺa veľkosti amplitúdy adresu v pamati mnohokanálového analyzátora a jej obsah zvýši o 1. (adresa v pamati je úmerná deponovanej energie) Spektrum gama • d12 Comptonovská hrana – odpovedá maximálne možnej energie odovzdanej elektrónom pri Comptonovom rozptyle daného gama žiarenia (pri totálnom odraze o 180°). Fotopík t.j pík totální absobrbcie, zodpovedá fotónom g, ktoré boli v kryštáli úplne absorbované (predovšetkým fotoefektom), popr. viacnásobným rozptylom alebo kombináciou niektorých interakcií) a odovzdali celú svoju energiu. Pík spätného rozptylu zodpovedá fotónom, ktoré boli rozptýlené v okolitých materiálov a až potom detekované. V skutočnosti sa registrujú energie elektrónov, vzniknutých v interakcii gama s látkovým prostredím Výhody scintilačných detektorov •Vysoká detekčná účinnost (citlivost) ~100 %. Scintilačný kryštál (vysoká hustota a Z) absorbuje podstatne väčšiu časť žiarenia g ako zriedené plyny. •Krátká mŕtva doba čas trvania scintilacie v krystalu je neobyčejne krátky - 10-9s. Čas násobenia e - cca 10-8s. Formovanie a spracovanie cca 10-6sekundy – najpomalšie v celom spektrometrickom reťazci. Mrtvá doba scintilačního detektoru je 100-krát kratšia ako u G.-M. •Spektrometrické vlastnosti d10 Scintilace d10 Scintilace Organický scintilátor Anorganický scintilátor Scintilačné fotóny vznikajú pri preskokoch elektrónov zachytených na vyšších hladinách luminisenčných centier tvorených poruchami v kryštalickej mriežke scintilátora. (aktivátor Tl v kryštálovej mriežke NaI). Scintilácie vznikajú deexitáciou vzbudených molekúl scintilátora Elektrónové úrovne Vibračné úrovne Polovodičové detektory Polovodičové detektory •Na vytvorenie jedného páru je potrebná energia 3- 4eV Þ presnosť merania oveľa vyššia ako u iných typov detektorov •Malá šírka zakázanej zóny spôsobuje existenciu veľkého množstva voľných nosičov ® šumy (spontánne termálne exitácie ® chladenie, dôraz na vysokú čistotu) •Vlastnosti na detekciu sa zlepšujú prímesmi p,n •Vytvorenie prechodovej vrstvy medzi kryštálom typu p a n ® difúziou nosičov vzniká bariéra – pracovná oblasť detektora •Spektrometrické vlastnosti • Na vytvorenie jedného jedného páru je potrebná energia 3- 4eV Image0266 aktivní vrstva detektora (je to “ochudobnená" vrstva či objemová oblasť bez voľných nosičov náboja) •Mechanismem přímého elektrického využití ionizačních účinků záření se polovodičový detektor svým principem poněkud podobá ionizační komoře, přičemž ovšem citlivým médiem není plyn, ale vhodný polovodičový materiál. Vnikne-li do aktivní vrstvy detektoru (je to "ochuzená" vrstva či objemová oblast bez volných nosičů náboje) kvantum ionizujícího záření, ionizační energie způsobí v polovodiči přeskok úměrného množství elektronů do vodivého pásma a vznik elektron-děrových párů. Tyto elektrony se v elektrickém poli okamžitě začnou pohybovat ke kladné elektrodě (a díry k záporné) - elektrickým obvodem projde krátký proudový impuls, na pracovním odporu R vznikne napěťový úbytek a přes kondenzátor C se elektrický impuls vede k předzesilovači. DetektorGeLi Porovnanie spektier scintilačného a polovodičového detektora d12 Porovnanie spektrometrických vlastností • Image0265 Jadrové fotoemulzie •IČ aktivuje pri prechode bromid strieborný AgBr vytvára latentný obraz, ktorý možno po vyvolaní pozorovať. Používa sa pri štúdium kozmického žiarenia a dozimetrické účely. Obraz možno analyzovať mikroskopom. Image0237 Image0241 Fotochemickou reakciou dochádza k uvolňovaniu Ag v zrniečkach halogénov Ag rozptýlených v želatíne emulzie Nabitá častica zanecháva pozdĺž svojej dráhy ionizačnú stopu. hustota zrniečok striebra pozdĺž dráhy závisí na druhu a energii částice zanechává podél dráhy svého pohybu ionizační stopu, v níž fotochemickou reakcí dochází k uvolňování stříbra v zrníčkách halogenů stříbra rozptýlených v želatině emulze. Částice tím zanechává na své dráze v emulzi od zrna k zrnu stopy uvolněného stříbra, čili vzniká latentní obraz její dráhy; po vyvolání vznikne viditelná stopa více či méně hustého sledu černých částeček, přičemž hustota zrníček stříbra podél dráhy závisí na druhu a energii částice. Hmlové komory •zrážanie presýtených pár na iónoch ® zviditeľnenie dráhy IČ •látka zbavená zárodočných centier (ióny vytvorené časticou tvoria kondenzačné jadrá) • Image0242 Vznik presýtených pár Plyn Kvapalina látka je reálne v stave A, ale jej aktuálna teplota zodpovedá stavu C,D,B prudká zmena termodynamických veličín A môže previesť látku do metastabilný stavu C,B,D Hmlové komory • Wilson – zariadenie so zmesou pár vody a alkoholu v nasýtenom stave. Adiabatickým zväčšením objemu dosiahol prudké ochladenie pár a tým ich presýtenie (expanzná komora) Image0243 Image0244 Difúzne hmlové komory Expanzné hmlové komory V určitej časti priestoru vznikne pásmo, v ktorom nastáva stav presýtenej pary. V pracovnom priestore vytvoril tepelný spád. Z nahrievaných miest para difundovala do miest s nižšou teplotou, kde sa javila ako presýtená ® schopná kondenzovať na iónoch (difúzna komora Bublinové komory •Nedostatok hmlových komôr ® malá brzdná schopnosť náplne. •Bublinová komora nádoba naplnená priesvitnou kvapalinou prehriatou kvapalina ( t.j s teplotou nad bodom varu). IČ prechodom spôsobuje var kvapaliny t.j objavia sa bubliny, ktoré zviditeľňujú jej stopu •umiestňujú sa do mag. poľa a fotografovaním drah z rôznych smerov možno zrekonštruovať stopu častice •z krivosti dráh v mag. poli ® p, q, druh častice.. • Image0247 Iskrové komory • Iskrové komory registrujú iskrové výboje spôsobené IČ. Výboj nastáva medzi dvomi elektródami, na ktorých je vysoké napätie( nepatrne nižšie ako prierazné napätie vedúce k trvalému výboju). Iskra sa zaznamenáva fotograficky. Image0238 Iskrová komora zložená z vodivých dosiek alebo tenkých drátov napnutých na ráme. Výbojová (streamerová) komora •modifikácia iskrovej komory je výbojová komora ® streamerová •má iba dve elektródy, na ktoré sa nakladájú veľmi krátke impulzy vysokého napätia. Čas trvania impulzu krátky ® iskrový výboj sa zastaví v štádiu vzniku stĺpca plazmy, ktorý sa fotograficky zachytí ako svetelný bod. Image0239 Porovnanie výbojových a bublinových komôr Image0245 Výsledkom interakcie žiarenia s látkovým prostredím vzniká signál, ktorý sa ďalej spracováva. Zber a meranie náboja vzniknutého ionizáciou plynu Exitácia elektrónov v polovodičoch Sledovanie fluoresenčných fotónov vzniknutých deexitáciou Detektory zaznamenávajú nielen prítomnosť žiarenia, ale časo poskytujú informáciu o jeho energie a type Plynové detektory Polovodičové detektory Scintilačné detektory Hmlové komory Bublinové komory Jadrové emulzie Stopové detektory Iskrové detektory Typ detektora Spôsob vzniku signálu pre detekciu Spôsoby vzniku signálu pre detekciu - zhrnutie zrážanie presýtených pár na iónoch var prehriatej kvapaliny na iónoch uvolňovaniu Ag v zrniečkach halogénov lokálne radiačné poškodenie materiálu iskrový výboj medzi dvomi elektródami Detekcia neutrónov Detekcia neutrónov •Metóda odrazených jadier ® na ľahkých jadrách (detekujú sa jadrá vodíka ( protóny)) •Metóda jadrových reakcií ® detekujú sa vzniknuté častice (napr. a...) •Metóda štiepenia ® detekujú sa silne ionizované štiepne fragmenty U-235,U-233, Pu-239 •Metóda aktivácie ® neutróny vytvoria rádioaktívne jadrá, ktoré pri premene vysielajú IŽ, ktoré sa detekuje Konverzia na nabité častice Detekcia pomalých neutrónov •Najbežnejšia reakcia, detekuje sa a s Ea =1.78MeV ELi=1.01MeV s(En=0.0025eV)=3.84 10-25 m2 • 10B prítomný v prírodnej zmesi B - 20% ®priame použitie) . V praxi proporcionálne detektory plnené plynom BF3 •Ea =2.05MeV Et=2.37MeV s (En=0.0025eV)=0.94 10-25 m2. V prírodnej zmesi iba 7% - použitie separovaného izotopu. Li netvorí plynné zmesy -nepoužiteľný v plynových detektoroch. Vhodné vlastnosti scintilátor kryštál joditu litia s prímesou európia LiJ(Eu) • •He – plyn, vhodná náplň do plynových detektorov •Štiepenie jadier – pre nuklidy U-235,U-233, Pu-239 vysoký s=10-26 m2 pre En~ 0.5 eV. Vysoký zisk energie Q=200MeV Þjednoduché oddelenie signálu od štiepnych produktov od pozadia alebo iných reakcií. •Záchyt n jadrami atómov • • Aktivačná metóda d14 Detekcia rýchlych neutrónov •Účinný prierez s~1/v2 Þ účinnosť detekcie je veľmi nízka pre rýchlejšie n •Vhodnejšie plastové alebo kvapalné organické scintilátory obsahujúce H. Signál sa získava od p na ktorom sa pružne rozptýlil n. Detekujú sa odrazené protóny. Závislosť účinného prierezu pre pružný rozptyl na energiu dopadajúceho žiarenia je slabá v širokom intervale 10keV-10MeV • •