µακρόβια φυσικά ραδιενεργά ισότοπα AΣΚΗΣΗ 6 ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΑΚΤΙΝΩΝ-γ (2 o ΜΕΡΟΣ)

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "µακρόβια φυσικά ραδιενεργά ισότοπα AΣΚΗΣΗ 6 ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ ΑΚΤΙΝΩΝ-γ (2 o ΜΕΡΟΣ)"

Πλάτων Σαμαράς
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 AΣΚΗΣΗ 6 ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΑ ΑΚΤΝΩΝ-γ (2 o ΜΕΡΟΣ) - Μέτρηση φυσικής ρδιενέργεις - Προσδιορισµός στοιχείων µε νετρονική ενεργοποίηση Εισγωγή 1. Φυσική ρδιενέργει Η φυσική ρδιενέργει προέρχετι πό την κτινοολί (ενέργει) που εκπέµπουν τ λεγόµεν κοσµογονικά νουκλίδι, πό την κοσµική κτινοολί κι πό τη ρδιενέργει που εκπέµπουν ορισµέν ρδιενεργά ισότοπ του στερεού φλοιού της γης (π.χ 40 Κ). Τ κοσµογονικά ή ρχέγον ρδιονουκλίδι όπως ονοµάζοντι, κυρίως προϊόντ της διάσπσης του ουρνίου(u) κι του θορίου(th), υπάρχουν πό τότε που δηµιουργήθηκε το σύµπν κι έχουν σχεδόν όλ χρόνους ηµιζωής (T 1/2 ) της τάξης των εκτοντάδων εκτοµµυρίων χρόνων (λ. Σχήµ 1). Μερικά νουκλίδι, δισπώντι σε άλλ στθερότερ κι υτά µε τη σειρά τους σε άλλ κόµη πιο στθερά, µέχρις ότου κτλήξουν στο σχηµτισµό του πιο στθερού. Η διδικσί υτή περιγράφετι πό τις ρδιενεργές σειρές ή οικογένειες όπως φίνετι στους πίνκες που κολουθούν. Με τη φσµτοσκοπί κτίνων-γ µπορεί ν πργµτοποιηθεί µέτρηση της κτινοολίς που εκπέµπουν τ φυσικά ρδιονουκλίδι κι εποµένως ν προσδιορισθεί η φυσική ρδιενέργει ενός δείγµτος. µκρόι φυσικά ρδιενεργά ισότοπ U-238 (t 1/2 4.47x10 9 χρ) U-235 (t 1/2 7.08x10 8 χρ) Th-232 (t 1/2 1.41x10 10 χρ) K-40 (t 1/2 1.28x10 9 χρ) Σχήµ 1: Ρδιενεργά ισότοπ που συνεισφέρουν στη φυσική ρδιενέργει.

2 ΠΝΑΚΑΣ 1: ΠΡΟΟΝΤΑ ΑΣΠΑΣΕΩΣ ΤΟΥ U-238 Νουκλίδιο Τ 1 / 2 Ενέργει (MeV) κι φθονί (δισπάσεις %) της κτινooλίς-γ U x10 9 χρ (0.075%) Th ηµ (5.7%), 0.093(6.8%) Pa 234m 1.17 λεπτά 1.001(0.59%) U x10 5 χρ (0.68%), 0.121(0.23%) Th x10 4 χρ (0.4%) Ra χρ (4%) Rn ηµ. σθενής (0.07%) Ρο Pb λεπτά 0.352(36%), 0.295(18.9%), 0.075(15%), 0.242(7.6%) Bi λεπτά 0.609(41.2%), 1.764(15.8%), 1.120(13.6%), 0.285(5.2%) 1.378(4.7%) Ρο δευτερoλ. σθενής (0.014%) Pb χρ (4%) Bi ηµ. Ρο ηµ. σθενής (0.0011%) Pb στθερό

3 ΠΝΑΚΑΣ 2: ΠΡΟΟΝΤΑ ΑΣΠΑΣΕΩΣ ΤΟΥ U-235 Νουκλίδιο Τ 1 / 2 Ενέργει (MeV) κι φθονί (δισπάσεις %) της κτινooλίς-γ U x10 8 χρ (54%),0.144(9.72%), 0.205(5%), 0.163(4.6%) Th ωρ (12%), 0.084(5.1%), 0.090(1.1%) Pa x10 4 χρ (2%), 0.300(1.9%) 0.284(1.3%), 0.330(1.09%) Ac χρ. σθενής (0.028%) Th ηµ (8.8%), 0.236(10.4%), 0.256(6%), 0.330(2.37%) Ra ηµ (13.6%), 0.324(4.0%), Rn δευτερoλ Ρο x10-3 δευτερολ (5.6%), 0.144(3.24%) Pb λεπτά 0.405(3.7%), 0.832(3.0%), 0.427(1.9%) Bi λεπτά 0.351(14%), 0.405(15.8%), 0.832(3.3%) Τ λεπτά 0.898(0.27%) Pb στθερό

4 ΠΝΑΚΑΣ 3: ΠΡΟΟΝΤΑ ΑΣΠΑΣΕΩΣ ΤΟΥ Τh-232 Νουκλίδιο Τ 1 / 2 Ενέργει (MeV) κι φθονί (δισπάσεις %) της κτινooλίς-γ Th-232 Ra-228 Ac-228 Th-228 Ra x0 10 χρ χρ ώρ χρ ηµ (22.0%), 0.969(13.3%), 0.964(3.7%), 0.339(9.3%), 0.795(3.9%) 0.084(1.6%), 0.216(0.29%), 0.132(0.19%) 0.241(4.2%), 0.084(0.16%Χ) Rn δευτερόλ (0.07%) Ρο δευτερόλ. Pb-212 Bi ώρ λεπτά 0.239(43.1%), 0.300(3.27%), 0.077(17.5%Χ), 0.075(9.6%Χ) 0.727(6.5%), 0.040(1.1%), 0.785(1.1%), 1.620(1.51%) Po δευτερόλ. Tl λεπτά 0.583(86%), 0.511(22.5%), 0.860(12%), 0.277(6.5%) Pbl-208 στθερό

5 2. Νετρονική ενεργοποίηση Η νετρονική ενεργοποίηση είνι µί µέθοδος, που επιτρέπει το σύγχρονο ποσοτικό προσδιορισµό µίς πληθώρς στοιχείων σε διάφορ δείγµτ. Η τεχνική χρησιµοποιείτι σε δύο κυρίως µορφές: την ενόργνη νάλυση µε νετρονική ενεργοποίηση (.Ν.Α.Α. : Instrumental Neutron Activation Analysis) κι τη ρδιοχηµική νάλυση µε νετρονική ενεργοποίηση (R.N.A.A.: Radiochemical Neutron Activation Analysis). Με την.ν.α.α. µπορούν ν προσδιορισθούν 35 περίπου στοιχεί σ' έν δείγµ, ενώ µε την R.N.A.A., που συνεπάγετι ρδιοχηµικό διχωρισµό των προϊόντων της ενεργοποιήσεως, ο ποσοτικός προσδιορισµός 50 στοιχείων σε συγκεντρώσεις µέχρι κι µικρότερες των 10-9 g/g (ppb) είνι δυντός. Η πιτουµένη ποσότητ δείγµτος είνι τις περισσότερες φορές της τάξεως των µερικών mg. Η σική θεωρί της τεχνικής είνι πλή, επειδή η νετρονική ενεργοποίηση δεν ποτελεί τίποτε άλλο πρά την πργµτοποίηση µίς πυρηνικής ντίδρσης. Τις περισσότερες φορές η ντίδρση υτή είνι της µορφής ( n,γ). Η σχέση, που πρέχει την πόδοση µίς πυρηνικής ντιδράσεως, επιτρέπει την ποσοτικοποίηση των ποτελεσµάτων της νετρονικής ενεργοποιήσεως. Ετσι η έντση της ρδιενέργεις Α, που µετράτι στο τέλος µίς κτινοολήσεως διάρκεις t µε µί ροή νετρονίων Φ νετρονίων (cm 2 s), είνι άµεσ συνδεδεµένη µε τη συγκέντρωση των στόχων πυρήνων Ν: Α ο = Ν σ Φ (1- e -λt ) Το σ είνι η ενεργός διτοµή της ντιδράσεως κι το λ η στθερά δισπάσεως του προίόντος της ενεργοποιήσεως. Από το Ν µπορεί ν υπολογισθεί η µάζ W του στοιχείου στο δείγµ Ν = (W F Ν Α / Μ) Στην πρπάνω σχέση W είνι η µάζ του προσδιοριζοµένου στοιχείου στο δείγµ, F η ισοτοπική φθονί του στθερού ισοτόπου-στόχου της πυρηνικής ντιδράσεως, Μ το τοµικό άρος του στοιχείου κι Ν Α ο ριθµός του Avogadro. Η ευισθησί του ποσοτικού προσδιορισµού εξρτάτι πό την ενεργό διτοµή της ντιδράσεως, το χρόνο υποδιπλσισµού του κι το διάγρµµ δισπάσεως του προϊόντος της ενεργοποιήσεως, κθώς επίσης πό το τοµικό άρος κι την ισοτοπική φθονί του στόχου νουκλιδίου. Η νάλυση µε νετρονική ενεργοποίηση πιτεί πόλυτη γνώση των τιµών F, Ν, Μ, Φ, σ, t κι λ. Αν όλες οι τιµές είνι γνωστές µε µεγάλη κρίει, τότε µπορεί η τεχνική της νάλυσης µε νετρονική ενεργοποίηση ν χρησιµοποιηθεί ως πόλυτη µέθοδος. Ενλλκτικά µπορεί ν χρησιµοποιηθεί η νάλυση µε νετρονική ενεργοποίηση ως συγκριτική µέθοδος µε τη σύγχρονη κτινοόληση προτύπων υλικών πιστοποιηµένης περιεκτικότητς σε διάφορ στοιχεί. Η ευισθησί νιχνεύσεως ενός στοιχείου εξρτάτι πό την έντση της ρδιενέργεις του προϊόντος της ενεργοποιήσεώς του, δηλδή - πό τη ροή των νετρονίων (Φ) - πό την ενεργό διτοµή της ντιδράσεως (σ) - πό την ισοτοπική φθονί του ενεργοποιηµένου ισοτόπου (F) - πό το χρόνο υποδιπλσισµού του προϊόντος της ενεργοποιήσεως κι - πό το τοµικό άρος (Μ) του στοιχείου. Στον Πίνκ 4 δίνετι η υπολογισθείσ ευισθησί νιχνεύσεως 83 στοιχείων, που πντούν ως στθερά στοιχεί στη φύση. Τ τέσσερ ευγενή

6 έρι δεν προυσιάζουν ιδιίτερο ενδιφέρον γι τη µέθοδο. Η ενεργοποίηση των ελφρών στοιχείων (µέχρι το οξυγόνο) µε θερµικά νετρόνι είνι µελητέ. Πίνκς 4: Υπολογισµέν όρι νιχνεύσεως 83 στoιχείων µε.ν.α.α. πουσί πρεµποδίσεων. (Φ= n cm -2 s -1, t=5 h, χρόνος δισπάσεως= 0 min, χρόνος µετρήσεως: 100 min, νιχνευτής γερµνίου 40 cm 3 -πόστση: 2 cm) 1-3x10-7 µg η, Eu, Dy 4-9 x10-7 Ηο 1-3 x10-6 Au, Sm, Mn 4-9 x10-6 Re, Ir, Lu, Rh 1-3 x10-5 Co, Cu, Ga, As,, Cs, La, Er, W, Hg, U 4-9 x10-5 Na, V, Br, Ru, Pd, Sb, Yb, Th 1-3 x10-4 Sc, Ge, Sr, Te, Ba, Nd, Ta 4-9 x10-4 CI, Se, Cd, Gd, Tb, Tm, Hf, Pt 1-3 x 10-3 Α, Ζη, Μο, Ag, Sn, Ce, Os, 4-9 x10-3 K, Ti, Cr, Ni, Rb, Υ, Pr 1-3 x10-2 Mg 4-9 x10-2 Zr 1-3 x10-1 F, Ca, Nb 1-3 Fe 4-9 Si S, Pb

7 ΠΕΡΑΜΑΤΚΟ ΜΕΡΟΣ Όργν κι υλικά - φσµτογράφος κτίvων - γ µε κρύστλλο Ge(i) - κτινοοληµέν δείγµτ γεωλογικού υλικού κι προτύπου νφοράς Μέτρ προστσίς Λόγω της πολύ µικρής εντάσεως της ρδιενέργεις των κλειστών πρσκευσµάτων, που χρησιµοποιούντι στην άσκηση, δεν πιτούντι ιδιίτερ µέτρ προστσίς. 1. Μέτρηση της κτινοολίς του υποστρώµτος κι νγνώριση των ρδιο-νουκλιδίων µε τη οήθει πινάκων. Αφού γίνει η κτµέτρηση του φάσµτος νγνωρίζοντι οι χρκτηριστικές κορυφές κι σηµειώνοντι σε Πίνκ. 2. Ανγνώριση κορυφών σε φάσµ που ντιστοιχεί σε κτινοοληµένο γεωλογικό υλικό κι του προτύπου νφοράς. 3. Υπολογισµός της συγκεντρώσεως του Fe, Co, Sc κι La στο δείγµ µε τη χρησιµοποίηση προτύπου νφοράς. 4. Άµεσος υπολογισµός της περιεκτικότητος του δείγµτος σε Αυ (χωρίς χρησιµοποίηση προτύπου νφοράς).

8 ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΑ ΑΚΤΝΩΝ-γ (2 o ΜΕΡΟΣ) - Μέτρηση φυσικής ρδιενέργεις - Προσδιορισµός στοιχείων µε νετρονική ενεργοποίηση ΗΜΕΡΟΜΗΝΑ :. ΟΜΑ Α ΕΡΓΑΣΑΣ: Α) Προσδιορισµός υπoστρώµτoς φυσικής κτιvοολίς Ανγνωρίσθηκν τ πρκάτω νουκλίδι Νουκλίδιο Ενέργει (kev) Ρδιενεργός οικογένει

9 Β) Προσδιορισµός Fe, Co, Sc, La µε ΝΑΑ

Σχετικά έγγραφα

ΓΗ ΚΑΙ ΣΥΜΠΑΝ. Εικόνα 1. Φωτογραφία του γαλαξία μας (από αρχείο της NASA)

ΓΗ ΚΑΙ ΣΥΜΠΑΝ. Εικόνα 1. Φωτογραφία του γαλαξία μας (από αρχείο της NASA) ΓΗ ΚΑΙ ΣΥΜΠΑΝ Φύση του σύμπαντος Η γη είναι μία μονάδα μέσα στο ηλιακό μας σύστημα, το οποίο αποτελείται από τον ήλιο, τους πλανήτες μαζί με τους δορυφόρους τους, τους κομήτες, τα αστεροειδή και τους μετεωρίτες.