15. Využití fyzikálních vlastností ionizujícího záření v praxi A) Metody založené na absorpci záření využívá se zeslabení svazku záření nebo závislosti na tloušťce vrstvy (viz příslušné rovnice závislost intenzity svazku záření na tloušťce absorbující vrstvy) 1. používá se při kontrole tloušťky materiálu (lití, tažení, vytlačování) ­ plechy tabulové sklo, pryžové nebo plastové fólie, papír apod. 2. kontrola přísunu sypkého materiálu 3. určování popelnatosti uhlí při absorpcí -záření o E < 100 keV (241 Am) - metoda je založena na to, že složky tvořící popel (Ca, Si, Fe) absorbují více než uhlík 4. kontrola tvorby usazenin v potrubí 5. kontrola vrstvy prachu zachyceného na filtrech (nejlépe z papíru) 6. kontrola výšky hladiny v reaktorech a zásobnících kapalin využití závislosti absorpce na atomovém čísle 1. gama radiografie ­ * slouží ke zjišťování vad a nehomogenity v kovových předmětech (metoda je podobná rtg diagnostickým metodám v lékařství) ­ kontrola svárů potrubí apod. * metoda je založena na změně atomového čísla příslušné nehomogenity zdroj: 60 Co, 192 Ir 2. neutronová radiografie ­ slouží pro kontrolu součástek a konstrukcí obsahující vodík (využívá se schopnosti vodíku neutrony zpomalovat neutronový zdroj využívající 252 Cf (-zářič) předmět se prozařuje tokem neutronů v místech obsahujících vodík se svazek zeslabí detekce: film překrytý fólií z Gd: 157 Gd(n,)158 Gd - - záření exponuje film (místa obsahující vodík se jeví jako plochy s menším zčernáním) 3. chemická analýza - stanovení síry v ropě - olova v benzínu -uranu a plutonia v roztocích při zpracování jaderného paliva apod. - stanovení boru ve sklech a pracích prostředcích (absorpce je způsobena reakcí 10 B(n,)7 Li) 4. fluorescenční rtg analýza rtg nebo -záření o E < 100 keV se při průchodu hmotou absorbuje převážně fotoefektem následuje emise charakteristického rtg záření (fluorescenční záření) energie tohoto záření závisí na atomovém čísle atomu (Moseleyho zákon) z polohy jednotlivých linií se určí kvalitativní složení atomů tvořících vzorek z intenzity pak lze soudit na kvantitativní zastoupení radionuklidová fluorescenční rtg analýza využívá ke stanovení prvků ve vzorku radionuklidový zdroj rtg záření metoda je velmi citlivá a univerzální, lze stanovit všechny prvky počínaje Mg zařízení může existovat v mobilní (přenosné) formě analýza slitin, rudných koncentrátů a hornin geologické průzkumné práce (měřicí sonda s radionuklidovým zdrojem rtg záření se společně s detektorem spouští do vrtu existuje i varianta, kdy primárním zdrojem je rtg lampa, k lepšímu rozlišení linií spektra se používají polovodičové Si(Li) detektory (tato zařízení jsou nepřenosná a používají se pouze v laboratoři Emisi fluorescenčního rtg záření lze vyvolat i protony urychlenými na energii 1-3 MeV tyto protony interagují s absorbující látkou, vyrážejí z vnitřních orbitalů atomů elektrony vznik charakteristického rtg záření komerční metoda pro stanovení prvků od Al se nazývá PIXE (proton induced X-ray emission) tato metoda je velmi citlivá a umožňuje stanovit prvky na ploše několika m2 ­ protonová mikrosonda užití pří analýze malých zrnek minerálů v horninách, mikrostruktur v elektronice a studia chemické nehomogenity povrchů B) Metody založené na rozptylu záření ionizujícího záření jsou založeny na rozptylu částic při průchodu hmotou (tj. jde o yměnu směru pohybu částic záření) příčiny rozptylu: - rozptyl na elektronech (Comptonův rozptyl) u - záření - elektromagnetická interakce s elektrony u záření - elektromagnetická interakce s elektrony u záření - srážky s jádry u neutronového záření charakteristiky rozptylu -záření: - pravděpodobnost rozptylu roste s rostoucím atomovým (resp. průměrným atomovým) číslem vzorku (tedy s rostoucí hustotou rozptylující látky) - využívá se pro stanovení hustoty sypkých hmot (písek, půda) ­ čím je větší hustota látky, tím méně rozptýlených částic dopadá na detektor - jako zdroj záření se používá: 241 Am, 137 Cs - sondu (přikládá se k povrchu materiálu) lze kalibrovat přímo v hodnotách hustoty materiálu - sonda se vkládá do sypkého materiálu, primární záření se ve směru detektoru odstiňuje a registruje se pouze vystupující rozptýlené záření (tzv. zpětný rozptyl) - metoda se používá v průzkumu podloží staveb (tzv. - karotáž) - lze zjišťovat mj. * mocnost a uložení uhelných slojí (hustota uhlí je jiná než hustota okolní hlušiny) * obsah popela v uhlí * obsah ropy a zemního plynu v horninách * geologický stav horniny (např. umístění trhlin apod.) charakteristiky rozptylu -záření: * intenzita -záření vystupujícího z měřené látky závisí na atomovém čísle rozptylujícího materiálu I = kZ2/3 * metoda se používá k měření tenkých vrstev kovových povlaků na podkladovém materiálu (skleněná zrcadla), jeli splněna podmínka dostatečného rozdílu v atomových číslech obou materiálů charakteristiky rozptylu -záření: * využívá se faktu, že energie rozptýleného záření závisí na hmotnosti rozptylujících atomů, potažmo tedy na jejich atomovém čísle * informace o rozptylu záření tedy poskytuje informace o chemickém složení povrchové vrstvy * měřicí aparatura však vyžaduje cyklotron, polovodičový detektor a spektrometr po měření energie rozptýleného -záření * měření musí probíhat ve vakuu, aby se vyloučil rozptyl na jádrech atomů, které vzduch tvoří (dusík, kyslík) charakteristiky rozptylu neutronů: * rozptyl je spojen se zpomalováním neutronů * využívá se pro terénní měření vlhkosti půdy a písku a při vyhledávání ložisek ropy * jako zdroj neutronů se používá 241 Am/Be, * sonda obsahuje a detektor pomalých neutronů * sonda se vnoří do měřeného materiálu, neutrony se na lehkých jádrech vodíku zpomalí a rozptylují * v okolí detektoru se tedy vytvoří určitá prostorová hustota pomalých neutronů, která souvisí s koncentrací vodíkatých látek ve vzorku (např. vody)