15. Využití fyzikálních vlastností ionizujícího záření v praxi Metody založené na absorpci záření Využívá se zeslabení svazku záření  nebo  v závislosti na tloušťce vrstvy (viz příslušné rovnice závislosti intenzity svazku záření na tloušťce absorbující vrstvy)  používá se při kontrole tloušťky materiálu (lití, tažení, vytlačování) – plechy, tabulové sklo, pryžové nebo plastové fólie, papír apod.  kontrola přísunu sypkého materiálu  určování popelnatosti uhlí při absorpcí -záření o E < 100 keV (241Am) - metoda je založena na tom, že složky tvořící popel (Ca, Si, Fe) absorbují více než uhlík  kontrola tvorby usazenin v potrubí  kontrola vrstvy prachu zachyceného na filtrech (nejlépe z papíru)  kontrola výšky hladiny v chemických reaktorech a zásobnících kapalin 1 2 Využití závislosti absorpce záření na atomovém čísle – slouží ke zjišťování vad a nehomogenity v kovových předmětech (metoda je podobná rtg. diagnostickým metodám v lékařství) – kontrola svárů potrubí apod. zdroj: 60Co, 192Ir Je to dutina nebo konkrece z materiálu o vyšším Z? Přemýšlejte. 3 Gama radiografie Neutrony často představují řešení, kde rentgeny naráží na své limity. Pomocí neutronů je možná snadná identifikace materiálů obsahujících lehké prvky, tvořící plasty nebo organické struktury. Naopak mnohé těžší kovy jako je olovo, které jsou pro rentgeny neprůhledné, jsou pro neutrony takřka transparentní. Tyto vlastnosti umožňují aplikaci neutronové radiografie např. v oblastích identifikace lehkých prvků v kovech. Metoda je založena na útlumu neutronového záření při průchodu látkou, kde různé materiály mají různé útlumové vlastnosti, což poskytuje následně informaci o struktuře a vlastnostech zkoumaného předmětu. Neutronová radiografie 4 Zdroj neutronů: 252Cf (-zářič)/Be produkuje tok neutronů (založeno na zeslabení intenzity svazku gama záření) Stanovení  síry v ropě  olova v benzínu  uranu a plutonia v roztocích při zpracování jaderného paliva apod. 5 Chemická analýza Stanovení boru ve sklech a pracích prostředcích (absorpce je způsobena reakcí 10B(n,)7Li 6 Detekce neutronů: film překrytý fólií z Gd: probíhá jaderná reakce 157Gd(n,)158Gd, - záření exponuje film (místa obsahující vodík se jeví jako plochy s menším zčernáním) (XRF)  rtg. nebo -záření o E < 100 keV se při průchodu hmotou absorbuje převážně fotoefektem  následuje emise charakteristického rtg. záření – vzniká tzv. fluorescenční záření Lineární závislost mezi odmocninou z vlnočtu v spektrální čáry charakteristického rtg. záření atomu a jeho at. číslem Z vyjadřuje Moseleyho zákon v/R = Z-Sn/n, kde R - Rydbergova konstanta, n - hl. kvantové číslo, Sn - stínicí parametr.  z polohy jednotlivých linií se určí kvalitativní složení atomů tvořících vzorek  z intenzity pak lze soudit na kvantitativní zastoupení 7 Rtg fluorescenční analýza  radionuklidová fluorescenční rtg analýza využívá ke stanovení prvků ve vzorku  velmi citlivá  dají se stanovit prvky cca od Mg 8 zařízení může existovat ve stacionární i v mobilní (přenosné) formě Příklady XRF spekter 9  analýza slitin, rudných koncentrátů a hornin  analýza pigmentů, povrchových vrstev a různých předmětů  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 Emise fluorescenčního rtg záření vyvolaná protony urychlenými na energii 1-3 MeV – metoda PIXE T+yto 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 při analýze malých zrnek minerálů v horninách, mikrostruktur v elektronice a studia chemické nehomogenity povrchů 10 Použití XRF Metody založené na rozptylu ionizujícího záření jsou založeny na rozptylu částic při průchodu hmotou (tj. jde o změnu směru pohybu částic záření) Příčiny rozptylu:  rozptyl na elektronech (Comptonův rozptyl) u -záření  elektromagnetická interakce s elektrony prostředí u záření   elektromagnetická interakce s elektrony prostředí 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 11  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. - 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.) 12 Charakteristiky rozptylu -záření: intenzita -záření vystupujícího z měřené látky závisí na atomovém čísle Z rozptylujícího materiálu 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 I = kZ2/3 13 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 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) 14 Fyzikální dávka  Absorbovaná dávka (dávka) ionizujícího záření je fyzikální veličina, která udává energii dodanou jednotkovému množství hmoty průchodem příslušného záření.  Jednotkou absorbované dávky záření je gray (Gy), rozměrově jde o joule na kilogram.  Starší jednotkou je rad, platí 100 rad = 1 Gy.  Pro biologické ozáření se definuje jednotka sievert (Sv). 15