Παππά ΦιλοθέηΑ.Μ.09105112

Σεμιναριο ΦυσικήςΎπεύθυνος καθηγητής:κ.Κόκκορης

Είναι ευαίσθητη μόνο για συγκεκριμένα ισότοπα (χαρ. πυρηνικών αντιδράσεων)

Προσδιορισμός συγκέντρωσης ή ανίχνευση αλλαγών αυτής (μέτρηση αρ. γεγονότων)

Μόνο για ελαφρά στοιχεία: 13C,15 N,18 O, 19F, 22Ne, 23Na, 24Mg, 27Al, 29Si, 30Si, 1H

Κυρίως αντιδράσεις της μορφής: Α(p,γ)Β ή Α(p,αγ)Β ή Α(p,pγ)Β

Δείγμα βομβαρδίζεται από σωματίδια σγκεκριμένης ενέργειας

Πρόκληση πυρηνικών αντιδράσεων και εκπομπής ακτίνων-γ

Χρήση αντιδράσεων συντονισμού

Ακτινοβολία γ χαρακτηριστική του χημικού στοιχείου

Επιταχυντής (ενεργειακή διάκριση (συντονισμός <0.2 KeV & <50 nm) & ευκολία μετατροπής)

Ανιχνευτής (BGO, NaI ή Ge(Li))

Πολυκαναλικός αναλυτής ή μικροκομπιούτερ με οθόνη ADC

Χαμηλής ενέργειας(0.1-0.3 ΜeV): 56Co, 226Ra, 152Eu

Υψηλής ενέργειας: 992 KeV 27Al(p,γ)28Si και 441 KeV7Li(p,γ)8Be

Για ενέργειες βομβαρδισμού<2ΜeV έχουμε συντονισμούς (p,γ), (p,αγ)

Breit-Wigner:

2

2( )

( ) / 4b

br

EE E

Αριθμός γεγονότων:

ε: απόδοση ανιχνευτή ω(θ): γωνιακή κατανομή

ακτινοβολίας γ (550 ή 1250)

Ω: στερεά γωνία (1/r2)->απόσταση,θωράκιση,σύνδεση

Ι: ρεύμα δέσμης (μΑs)t: χρόνος μέτρησηςS: δύναμη συντονισμού

(resonance strength)Er: ενέργεια

συντονισμού

~ ( ) / rw tS E

Φυσική ακτινοβολία υπαβάθρου για <3MeV (208Tl (2614.6KeV) και 40K(1461KeV))->κατάλληλη θωράκιση ανιχνευτή και μείωση χρόνου αυξάνοντας το ρεύμα της δέσμης

Ανταγωνιστικές αντιδράσεις λόγω προσμείξεων (F, N, C)

Σχισμές στην ευθυγράμμιση της δέσμηςΘόρυβος των ηλεκτρονικών

Αρ. Γεγονότων vs ενέργεια βομβαρδισμού-> συγκέντρωση vs βάθος

Δείγμα AmBn , τμήμα f του Α από πρότυπο δείγμα

Ποσότητα m του μετρούμενου δείγματος:

όπου st : πρότυπο δείγμα Α: μετρούμενο στοιχείο Β: υπόλοιπο δείγματος Yst :αρ. γεγονοτών πρότυπου δείγματος

( )m n

m n

A B

st st A B

fYm

fY

Βάθος στο οποίο σταματάει η δέσμη:όπου Eb : μέση ενέργεια

S(E): stopping power Πρακτικά:

και για i>1

Βragg ’s rule: ε AmBn=mεΑ+nB (stopping cross section μιγμάτων)

' ( )

bE

E

dEx

S E

11

1

( )( )

rE Ex E

S E

11

1

2( )( )

( ) ( )i i

i ii i

E Ex E x

S E S E

Ποσοτικά αποτελέσματαΧαρακτηριστικά:ΟμοιογένειαΣταθερότητα υπό τη θέρμανση της δέσμηςΣύνθεση παρόμοια με του μελετούμενου

δείγματοςΜικρός αριθμός γεγονότων λόγω

προσμείξεων

Υπολογιστικά προγράμματα->υπολογισμός straggling

Γr>1KeV: θεωρία Landau-Vavilon

Γr=4KeV: Gaussian προσέγγιση

Λύση: τετραγωνική προσέγγιση αναλυτικής συνάρτησης του προφίλ ή επαναληπτικός αλγόριθμος της κατανομής ο οποίος λαμβάνει υπ’ όψιν τις φυσικές οριακές συνθήκες

ΔΕΝ υπάρχει μοναδική λύση για την μετρούμενη καμπύλη

Απότελεί την πιο κοινή πρόσμειξη (κυρίως σε πολύ λεπτές ταινίες υλικών)

Είναι αρκετές τάξεις μεγέθους πιο κινητικό από τις άλλες προσμείξεις

Παρουσία του επιδρά στις ηλεκτρικές, μηχανικές και χημικές ιδιότητες των υλικών

Δεν είναι ορατό από τις πιο σύγχρονες αναλυτικές μεθόδους

Έχει σθένος +1,-1 και μπορεί να αντιδρά με τα περισσότερα στοιχεία

Δέσμες: 7Li, 15N, 19F, 27AlΚύρια αντίδραση: Η(7Li,γ) 8Be -> ευαισθησία

(1 ppm)Βάθος: μερικά μm για 3-7 ΜeV

Συντονισμός για 6.385 ΜeV 15N->αριθμός γεγονότων ανάλογος του Η στην επιφάνεια

Συντονισμός για > 6.385 ΜeV 15N->αριθμός γεγονότων ανάλογος του βάθους

15 1 12 4N H C He gamma ray

Ανιχνευτής σπινθηριστών: NaI ή BGO τοποθετημένος 2 cm πίσω από το δείγμα

Συγκρατώ τυχόν e που θα μπουν ή θα διαφύγουν από τον κλωβό του Faraday (-300V & σταθερό μαγν. πεδίο)

Καταστάσεις κενού για την αποφυγή ανταλλαγής φορτίου δέσμης ιόντων και αερίου στο δρόμο αυτής

Χρήση νήματος για την ουδετεροποίηση των μονωτικών δειγμάτων

Η προσπίπτουσα δέσμη να εστιαστεί μόνο στο δείγμα

Απώλεια Η κατά την μέτρηση->σύστημα raster για άνοιγμα δέσμης (1cm2)

Τοποθέτησή τους στο κενό αφού έχουν ψυχθεί στους -30 με -400C

Μέτρηση υποβάθρου (φυσική ακτινοβολία ή επιταχυντής)

Βάθος:όπου Ε: ενέργεια δέσμης Eres : ενέργεια συντονισμού Συγκέντρωση υδρογόνου:όπου Κ: σταθερά που αντιπροσωπεύει την ενεργό διατομή(παραμέτρους) και την απόδοση του

ανιχνευτή->ανεξάρτητη του αναλυόμενου υλικού

Υ(x): αριθμός γεγονότων dE/dx: απώλεια ενέργειας

resE Ex

dE dx

( ) ( ) ( )n x K dE dx Y x

Στην τέχνη: προέλευση & αυθεντικότητα αντικειμένων, τεχνική καλλιτέχνη->αποκατάσταση (πίνακες, κεραμικά, χειρόγραφα)

Χαρακτηρισμός σκόνης που τοποθετήθηκε στην Ανταρτική->κλιματικές αλλαγές στο χρόνο

Συστατικά αερολυμάτων

Φάσμα από οψιδιανό γυαλί (αρχαιολογικό δείγμα)

Μελέτη γεωλογικών δειγμάτων (γρανίτες, ψαμμίτης)->ποιοτικά και ποσοτικά γεωχημικά δεδομένα

Μη (ή ελάχιστα) καταστρεπτική μέθοδοςΑκριβήςΑρκετά γρήγορηΕλάχιστη προετοιμασία των δειγμάτωνΜην περιορισμένος αριθμός δειγμάτωνΤο δείγμα μπορεί να βρίσκεται στον αέρα ή

στο κενό

Συνήθως πρέπει να γνωρίζουμε τη χημική σύσταση

Πιο δύσχρηστη από RBS και PIXE->ισχυρή εξάρτηση από συμεριφορά ισοτόπων

Αρκετά καλούς ανιχνευτές για την διάκριση των ακτίνων γ σε σχέση με άλλες ανταγωνιστικές αντιδράσεις

Δεν έχει επεκταθεί ακόμα στα βαρέα στοιχεία

Handbook of Modern Ion Beam Analysis (κεφ.7-8)

www.spirit-ion.eu/Technologies www.ipnas.orgwww.anstro.gov.auhttp:/labec.fi.infn.it/Cultural.html