15. Využití fyzikálních vlastností ionizujícího záření v praxi 1. Metody založené na absorpci záření Ø využívá se zeslabení svazku záření b nebo g 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 g-záření o E < 100 keV (^241Am) - 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 chemických reaktorech a zásobnících kapalin Využití závislosti absorpce záření na atomovém čísle · gama radiografie – slouží ke zjišťování vad a nehomogenity v kovových předmětech (metoda je podobná rtg. diagnostickým metodám v lékařství) – kontrola svárů potrubí apod. Ø zdroj: ^60Co, ^192Ir  · neutronová radiografie – slouží pro kontrolu součástek a konstrukcí obsahujících vodík (využívá se schopnosti vodíku neutrony zpomalovat) Ø zdroj: ^252Cf (a-zářič) Ø detekce: film překrytý fólií z Gd: ^157Gd(n,g)^158Gd - g- záření exponuje film (místa obsahující vodík se jeví jako plochy s menším zčernáním) · chemická analýza (založeno na zeslabení intenzity svazku gama záření)  - 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 ^10B(n,a)^7Li) · fluorescenční rtg. analýza Ø rtg. nebo g-záření o E < 100 keV se při průchodu hmotou absorbuje převážně fotoefektem Þ následuje emise charakteristického rtg. záření (fluorescenční záření) Ø energie tohoto záření závisí na atomovém čísle atomu (Moseleyho zákon) $\displaystyle{\frac{Z - S_n}{n}}$ Ø = $\displaystyle\sqrt{\frac{\nu}{R}}$ Ø z polohy jednotlivých linií se určí kvalitativní složení atomů tvořících vzorek Ø z intenzity pak lze soudit na kvantitativní zastoupení Ø radionuklidová fluorescenční rtg analýza využívá ke stanovení prvků ve vzorku radionuklidový zdroj rtg záření Ø metoda je velmi citlivá a univerzální, lze stanovit všechny prvky počínaje Mg Ø zařízení může existovat v mobilní (přenosné) formě xsort-new Ø analýza slitin, rudných koncentrátů a hornin Ø geologické průzkumné práce (měřicí sonda s radionuklidovým zdrojem rtg záření se společně s detektorem spouští do vrtu Ø 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 Ø tyto protony interagují s absorbující látkou, vyrážejí z vnitřních orbitalů atomů elektrony Þ vznik charakteristického rtg záření Ø komerční metoda pro stanovení prvků od Al se nazývá PIXE (proton induced X-ray emission) Ø tato metoda je velmi citlivá a umožňuje stanovit prvky na ploše několika mm^2 – protonová mikrosonda Ø užití pří analýze malých zrnek minerálů v horninách, mikrostruktur v elektronice a studia chemické nehomogenity povrchů B) Metody založené na rozptylu záření ionizujícího záření Ø jsou založeny na rozptylu částic při průchodu hmotou (tj. jde o změnu směru pohybu částic záření) Ø příčiny rozptylu: - rozptyl na elektronech (Comptonův rozptyl) u g-záření - elektromagnetická interakce s elektrony u záření b - elektromagnetická interakce s elektrony u záření a - srážky s jádry u neutronového záření Ø charakteristiky rozptylu g-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: ^241Am, ^137Cs - 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. g-g 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.) Ø charakteristiky rozptylu b-záření: · intenzita b-záření vystupujícího z měřené látky závisí na atomovém čísle rozptylujícího materiálu I = kZ^2/3 · metoda se používá k měření tenkých vrstev kovových povlaků na podkladovém materiálu (skleněná zrcadla), je-li splněna podmínka dostatečného rozdílu v atomových číslech obou materiálů Ø charakteristiky rozptylu a-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 a-záření · měření musí probíhat ve vakuu, aby se vyloučil rozptyl na jádrech atomů, které vzduch tvoří (dusík, kyslík) Ø 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 ^241Am/Be, · sonda obsahuje zdroj 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)