5573-5 YDISPEKTROMETRIA TETTI 9.5.05 mallivatauket ja arvotelu max 30 p, piterajat 5p, 8p, p 3, 4p 4, 7p - 5. Mittautehokkuu ja iihen vaikuttavat aiat/ilmiöt gammapektrometriaa (yht. 6 p) Vatau: ilmaiimea havaitut tapahtumat - mittautehokkuuden määritelmä: e =, äteilylähteen lähettämät kvantit Eri tehokkuuden määritelmät (kokonaitehokkuu, piikkitehokkuu, iäinen tehokkuu) ( p) - eninnäkin tehokkuu riippuu ilmaiimen ja gammaäteilyn välien vuorovaikutuken voimakkuudeta, pektrometriaa käytettävä piikkitehokkuu erityieti fotoähköien ilmiön todennäköiyydetä (näihin vaikuttaa detektorin koko ja materiaali ja äteilyn energia) ( p) - toieki tehokkuu riippuu mittaugeometriata eli näytteen ja ilmaiimen välietä avaruukulmata (tehokkuu on uoraan verrannollinen avaruukulman uuruuteen) ( p) - kolmanneki tehokkuu riippuu näytteen ja ilmaiimen väliä olevien aborboivien kerrokien pakuudeta ( p) - tehokkuutta vähentäviä ilmiöitä: atunnainen ja todellinen koinideniummau (ilmaiimeen yhtaikaa tulevien gammojen energiat ummautuvat ja kvanttia ei havaita oikealla energialla), mittauelektroniikkaan liittyvä kuollut aika (kvantit, jotka ouvat ilmaiimeen elektroniikan käitelleä edellitä tapahtumaa, jäävät havaitematta) ( p). Puolijohdealfailmaiimeen liitettävä mittauelektroniikka ja en eri oien tarkoitu (yht. 6 p) Vatau: Alfapektrometrian kytkentä (mutat nuolet ignaali, katkoviivanuolet käyttöjännite): Ilmaiin EV LV ADC MCA Spektrinkäittelyohjelma HV Kytkentä kuvan mukainen. Komponentit: HV korkeajännitelähde, jännite, jolla ynnytetään ilmaiimen tyhjennyalue ja äteilyn aiheuttamat varauket varauket kerätään talteen (yötetään eivahvitimen kautta) (p)
EV eivahvitin, jännitepulin muodotu (häntäpuli, korkeu kymmenien-atojen mv:ien luokkaa), impedaniovitu (detektorin ulotuloa uuri impedani eli vatu, jolloin ignaali vaimenee nopeati, jo itä joudutaan kuljettamaan pitkiä matkoja johtimia. Eivahvitin muuntaa impedanin pieneki, jolloin kuljetu mahdollita.), vahvitu. (p) LV lineaarivahvitin, muokkaa eivahvitimen pitkätä häntäpulita lyhyen gauien pulin, vahvitaa ignaalin välille 0-0 V. Liäki mahdolliuu erilaiiin reoluutiota parantaviin äätöihin. (p) ADC muuttaa pulin korkeuden volttiarvota binäärieki numeroki (digitaalieki, tietokoneen ja monikanava-analyaattorin ymmärtämään muotoon) (p) MCA monikanava-analyaattori, lajittelee pulit niiden korkeuden mukaan eri lokeroihin = kanaville, lakee montako pulia on havaittu yhdellä kanavalla ( pektri) (p) Mittau- ja pektrinkäittelyohjelma, mittauken hallinta, pektrin näyttö, analyyi ja muu käittely. (p) Liäki voi mainita, että eivahvitin aa käyttöjännitteenä lineaarivahvitimen takaa (katkoviivanuoli) ja ignaalia kuljetetaan koakiaalikaapeleia. 3. Liitteeä on kolme mitattua tautaäteilyn pektriä. Tunnita mikä pektri on kyeeä (mitä äteilyä, millä ilmaiimella) ja elota, mitä lähteitä tautaäteily kuakin pektriä voi olla peräiin. (yht. 6p) a) Ge-ilmaiin, gammaäteilyä. Tauta aiheutuu yleenä ympäritön gammaäteilijöitä, kuten luonnon uraanin ja toriumin hajoamiarjojen gammoita (etenkin 4 Pb ja 4 Bi), muita luonnonnuklideita (kuten 40 K ja 7 Be) ja ydinpommi ja voimaperäiitä lakeumanuklideita (käytännöä tällä hetkellä 37 C). Liäki havaitaan piikkien alla Compton-ironnoita aiheutuva jatkumo. (.5p) b) Si-ilmaiin, alfaäteilyä. Tautaa aiheuttavat tää pääaiaa rekyylialfat (= ilmaiimeen alfahajoamien yhteydeä joutuneet edelleen alfahajoavat tytärytimet). Spektrin alkupää johtuu tytärytimien lähettämitä beetoita ja ähköietä kohinata. Muuta alfatautaa voivat aiheuttaa rakennemateriaalien alfaäteilevät epäpuhtauatomit tai kontaminaatio. (.5p) c) etetuikepektrometri, alfa/beetaäteily. Tauta voi olla äteilyn aiheuttamaa (luonnonnuklidit, kominen äteily, kontaminaatio) tai erilaiita muita ilmiöitä johtuvaa, kuten ) luminienita (foto-, bio-, kemi-), ) ähkötaattiita purkaukita, 3) valomonitinputkien cro-talkita. Lumineeni-ilmiöt näkyvät möykkynä pektrin alkupäää. (.5p) 4. Liitteeä on kuvattu 35 U:n hajoamikaavio. a) Mitä äteilyä kannattaa käyttää 35 U-näytteen aktiiviuutta määritettäeä? Anna äteilylajit, energiat ja inteniteetit. b) Hahmottele mitattu 35 U:n alfapektri, kun ilmaiimen reoluutio on 30 kev. c) Miki alimman viritytilan (7/ +, 4.95 kev) perutilalle (5/ +, 0 kev) purkautumien gammainteniteetti on huomattavati pienempi kuin tilaa yöttävät inteniteetit (alfa- ja gammaäteilyn) antaiivat olettaa? (3 +.5 +.5 = 6p)
Vatau: a) 35 U alfahajoaa 3 Th:ki uean alfahaaran kautta. äitä uurimmat inteniteetit ovat tiloille 7/ - 387.8 kev (5.7% hajoamiita) (/ - ) 77.8 kev (4.4%) 9/ - 36.9 kev (7%) 7/ - 05.3 kev (55%) 7/ + 4.0 kev (4.%) 5/ + 0 kev (5.0%) (0.5p, vähintään uurinta mainittu) Hajoamikaavioa on annettu hajoamien Q-arvo (Qa). Alfahiukkaen energia aadaan, kun vähennetään Q-arvota viritytilan energia (Elevel), jolle alfahajoaminen tapahtuu, ja aatu energia jaetaan liikemäärän äilymilain mukaan alfahiukkaelle ja rekyylille: = ( ), joa md = tytärytimen maa ja ma = alfahiukkaen maa. 35 U:lle aadaan ii alfaenergiat ja -inteniteetit 48 kev (5.7%) 436 kev (4.4%) 4366 kev (7%) 4397 kev (55%) 4558 kev (4.%) 4598 kev (5.0%) (.5p) Viritetyt tilat purkautuvat gammaäteilemällä, uurimmat taokaaviota löydettävät gammainteniteetit ovat energioilla 85.7 kev (57.%) 43.764 kev (0.96%) 63.358 kev (5.08%) 05.309 kev (5.0%) (p) Edellämainittuja kannattaa ii mitata. b) Kun reoluutio on 30 kev, vain alfapiikit, joiden energiaero ylittää x30 kev = 60 kev erottuvat toiitaan. Spektritä tulee ii uurin piirtein euraavanlainen
4366 & 4397 kev Intenity 48 kev 436 kev 4558 & 4598 kev 400 400 4300 4400 4500 4600 4700 Energy [kev] (.5p, piteen aa kun < 60 kev erolla olevat piikit ovat yhdeä ja 0.5p kun inteniteetit näyttävät vähän oikeilta) c) Suurin oa tilan purkautumiita tapahtuu elektronikonveriolla, joka on gammaäteilyn merkittävä kilpailija, kun maa on uuri ja iirtymäenergia pieni. (.5p)
5. Mittaat netetuikepektrometrillä näytettä 4 minuuttia ja aat tulokena allaolevan pektrin: Pulimäärä 40 35 30 5 0 5 0 5 0 0 00 400 600 800 000 Kanava Tämän jälkeen mittaat amaan tuikeneteeeen amalla ekoituuhteella valmitettua tautanäytettä 900 ekuntia ja aat tulokeki pektrin: Pulimäärä 3 0 0 00 400 600 800 000 Kanava Kanavaalue Pulimäärä 0-00 35 0-00 669 0-300 79 30-400 03 40-500 84 50-600 506 60-700 70-800 0 80-900 0 90-04 0 Kanavaalue Pulimäärä 0-00 3 0-00 0-300 8 30-400 40-500 3 50-600 60-700 3 70-800 80-900 0 90-04 0 a) minkälaita äteilyä näyte lähettää? b) Lake näytteen aktiiviuu virherajoineen, kun tekemäi vaimennuarjan peruteella tiedät, että mittautehokkuu tälle näyteeokelle ja tällä vaimennukella on 9 ± % c) Mikä on pienin havaittavia oleva aktiiviuu neljän minuutin mittaukea? i
(yht. p+3p+p = 6p) Vatau: a) näyte lähettää beetaäteilyä, koka pektri on muodoltaan jatkumo (p) b) äytteen mitattu kokonaibeetapulimäärä beetajakaumaa (kanavat 0-600) B = 35 + 669 + 79 + 03 + 84 + 506 = 6976 Pulimäärän virhe DB = = 6976» 83. 5 B Tautapulimäärä amalla kanava-alueella T = 3 + + 8 + + 3 + = 57, DT = 57 7.550 Pulitaajuu näytteelle R 6976 83.5 = ±» 9.0667 ± 0.348008 B 40 40 ja tautalle R 57 7.550 = ±» 0.06333 ± 0.0083889 T 900 900 Tällöin näytteen nettolakentataajuu on R = RB - RT = ( 9.0667-0.06333) = 9.00337 ja en virhe DR = R B + R T» 0.34809 Lakentataajuudeta aadaan aktiiviuu kun mittautehokkuu e = 9 ± % tunnetaan nuklidille ja näyteeokelle: R 9.00337 A = = = 3.878 Bq e 0.9 ja aktiiviuuden virheeki aadaan DA = æ DR ö æ D ö ç R + ç e è e ø è - e ø = æ 0.34809 ç è 0.9 ö ø æ 9.00337 0.0 ö + ç è 0.9 ø
= 0.38537 + 0.7004799» 0.7983 Bq Täten näytteen beeta-aktiiviuuden lopputulokeki tulee A = 3.9 ± 0.8 Bq c) Tautamittauketa aatu tautalakentataajuu on 0.063333, jolloin 4 minuutin = 40 ekunnin mittaukea tautapuleja on noin 5.. Tätä voidaan lakea ivun alalaidan kaavalla pienin tilatollieti merkittävä, tautapulimäärän ylittävä pulimäärä D = 4.653 5. +.706» 0.847 pulia. Tämä pulimäärä vataa tällä mittautehokkuudella ja mittauajalla aktiiviuutta A 0.847 =» 0.095 Bq ( 0. Bq) MDA 40 0.9» (p) Pienin tilatollieti merkittävä tautata poikkeava pulimäärä on D = 4,653 tauta +,706