Transcript Document
ODDZIAŁYWANIE PROMIENIOWANIA Z MATERIĄ TADEUSZ HILCZER Plan wykładu 1. Wprowadzenie 2. Podstawowe pojęcia 3. Zderzenie i rozproszenie 4. Przewodnictwo materii 5. Naturalne źródła promieniowania jonizującego 6. Oddziaływanie promieniowania jonizującego bezpośrednio 7. Oddziaływanie promieniowania jonizującego pośrednio 8. Źródła promieniowania jonizującego 9. Pole promieniowania jonizującego 10. Detekcja promieniowania 11. Skutki napromieniowania materii żywej 12. Dozymetria medyczna 13. Ochrona przed promieniowaniem 14. Osłony przed promieniowaniem Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 2 DETEKCJA PROMIENIOWANIA Detektor • detektor – urządzenie do wykrycia określonego zjawiska • każdy detektor ma określone możliwości pomiarowe, wynikające z jego zasady działania, użytych materiałów i urządzeń. • nie istnieje zasada, na podstawie której można by zbudować detektor uniwersalny. • każdy detektor jest wynikiem pewnego kompromisu pomiędzy wymaganiami a możliwościami. • inne są konieczne parametry detektora przy detekcji promieniowania jonizującego w badaniach naukowych, dozymetrii, w zastosowaniach technicznych, medycznych itp. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 4 Detekcja promieniowania • do detekcji promieniowania jądrowego można wykorzystać dowolne zjawisko lub proces, którego typowy przebieg zależny jest od rodzaju, energii, mocy lub strumienia padającego promieniowania jądrowego • ze względów praktycznych nie wszystkie procesy, spełniające powyższe wymagania mogą być stosowane do detekcji • nie wszystkie są – dostatecznie powtarzalne, – bez następstw • poprzednia informacja nie ma wpływu na następną – łatwe do standaryzacji – do wykonania –… Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 5 Detekcja promieniowania • każdy detektor służący do wykrycia określonej wielkości fizycznej można rozważać jako układ posiadający wejście i wyjście • do ogólnej analizy podstawowych cech detektora nie jest konieczna znajomość procesów w nim zachodzących • dla detektorów jądrowych – sygnał wejściowy - promieniowanie, – sygnał wyjściowy - informacja charakterystyczna dla danego typu detektora • na wyjściu detektora informacja może być – ciągła – dyskretna (cyfrowa) • dają różne informacje o naturze padającego promieniowania Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 6 Detekcja promieniowania • cząstkę promieniowania jądrowego – o energii E – kierunku określonym kątem – przechodzącą w momencie czasu t przez powierzchnię czynną detektora promieniowania w punkcie r • opisuje zbiór wielkości (r,E,) oraz czas t • inne parametry opisujące cząstkę – jej masa – ładunek –… • trzeba uwzględniać w miarę potrzeby przy rozważaniach dotyczących konkretnego zagadnienia Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 7 Detekcja promienowania • w wyniku oddziaływania cząstki z detektorem – gdy nie ma żadnych efektów ubocznych • pojawi się w chwili t0 sygnał wyjściowy - odpowiedź detektora G(B,t0|r,E,,t) = G(t) B - zbiór wszystkich parametrów charakteryzujących detektor (r,E,,t) - parametry charakteryzujące cząstkę padającą na detektor w chwili t • odpowiedź detektora może być sygnałem ciągłym lub dyskretnym w zależności od typu urządzenia pomiarowego – sygnał elektryczny – optyczny, – zaczernione ziarno emulsji Tadeusz Hilczer, wykład monograf iczny 8 Detekcja promieniowania • odpowiedź detektora G(t) jest wielkością stochastyczną nawet przy ustalonych parametrach promieniowania padającego na detektor • powodem jest – statystyczny charakter promieniowania – fluktuacje parametrów detektora • informacje powstałe w detektorze a nie wykorzystane w informacji wyjściowej zaliczane są do tła Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 9 Detekcja promieniowania • sygnał na wyjściu detektora y(t) ma dwie informacje – G(B,t) - właściwą - odpowiedź detektora • ma charakter przypadkowy – s(t) - nie związaną z odpowiedzią detektora (tło, szum) y(t) G(B,t) s(t) • dla sygnału wyjściowego z k informacji – obserwowanych w przedziale czasu (t1,t2) – przy stałej składowej s(t) k y(t ) Gi (B i ,t i ) x(t ) i 1 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 10 Obróbka informacji • obróbka informacji w urządzeniu rejestrującym ma na celu znalezienie najbardziej prawdopodobnej wartości parametrów B, przy określonej wartości s(t) • gdy – s(t) 0 składowa s(t) jest do zaniedbania – s(t) 0 składowej s(t) zaniedbać nie można – s(t) G(B,t) wnioskowanie nie jest pewne – s(t) > G(B,t) wnioskowanie jest niemożliwe Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 11 Charakterystyki detektora • Podstawowa charakterystyka detektora – prawdopodobieństwo rejestracji cząstki przez detektor R(r,E,,t) – gęstości prawdopodobieństwa rejestracji r(B,t0|r,E,,t) • opisuje przetwarzanie informacji w detektorze • dla ustalonych parametrów (r,E,) opisujących cząstkę w momencie czasu t w którym cząstka znajduje się w miejscu detektora opisana zbiorem parametrów B charakteryzujących informację Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 12 Charakterystyki detektora idealnego • charakterystyka detektora idealnego R(r , E, , t) r(B,t 0 |r , E, ,t) dB dt 0 B0 t – gdy dla niezarejestrowanej cząstki wszystkie parametry informacji wyjściowej są równe zeru • detektor punktowy – małe rozmiary w porównaniu z odległościami występującymi w doświadczeniu – nie zakłóca w sposób istotny pola promieniowania Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 13 Charakterystyki detektora idealnego • dla detektora o parametrach niezmiennych w czasie – R(r,E,,t) zależy jedynie od różnicy czasu t0-t (wartość stała) - można włączyć do zbioru parametrów B • gęstość prawdopodobieństwa rejestracji r(B|r,E,) – nie zależy od czasu – jest jedynie funkcją B dla cząstki o parametrach (r,E,) • prawdopodobieństwo rejestracji R(r,E,,t) R(r , E , ) r(B|r , E , ) dB B0 – charakterystyka detektora idealnego o parametrach niezależnych od czasu Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 14 Charakterystyki detektora idealnego • charakterystyki detektora punktowego – wydajność detektora – czułość detektora • wydajność detektora D(E,) - wielkość bezwymiarowa R (r , E , ) d S D (E , ) d S S - rzut powierzchni detektora na kierunek prostopadły do kierunku propagacji promieniowania Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 15 Charakterystyki detektora idealnego • charakterystyki detektora punktowego – wydajność detektora – czułość detektora • czułość detektora zD(E,) D (E, ) D (E, )S Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny [m2 ] 16 Charakterystyki detektora idealnego • wydajność detektora – pada strumień cząstek o gęstości f(r,E,) f (r , E , )R(r , E , )d S D (E , ) f(r, E, )d S • stosunek strumienia zarejestrowanych cząstek do strumienia wszystkich cząstek przechodzących przez powierzchnię detektora – wybierając ze zbioru parametrów B liczbę impulsów N N(E , ) D (E , ) N0 (E , ) • stosunek liczby cząstek zarejestrowanych do liczby cząstek dochodzących do detektora w tym samym czasie Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 17 Charakterystyki detektora realnego • podstawowa charakterystyka – funkcja odpowiedzi detektora G(B|r,E,) • miara prawdopodobieństwa, że dla cząstki określonej parametrami (r,E, ) informacja wyjściowa jest opisana zbiorem parametrów B • stosunek gęstości prawdopodobieństwa zarejestrowania cząstek o parametrach (r,E, ), do wszystkich cząstek przechodzących przez powierzchnię detektora p(B | r, E , )dS G(B | E , ) p(r, E , )dS Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 18 Charakterystyki detektora realnego • w praktyce do opisu rejestrowanego zjawiska wybiera się minimalną liczbę parametrów charakterystycznych • wybrany jeden parametr wejściowy P – Wybieramy ze zbioru parametrów B parametr R odpowiadający parametrowi P informacji wejściowej • układ pomiarowy ma symetrię osiową zgodną z kierunkiem propagacji promieniowania – dla zmiennego w czasie promieniowania o energii E rozchodzącego się w kierunku W(P) W(R) G(R |P) dR W(P), W(R)- rozkłady parametru wyjściowego i wejściowego dla wybranego parametru Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 19 Charakterystyki detektora realnego • podstawowe cechy dobrego detektora: – funkcja odpowiedzi powinna być dystrybucją • w realnych detektorach ma zawsze skończoną szerokość (na skutek statystycznego charakteru zjawiska) – sygnał wyjściowy liniową funkcją wybranej cechy • dokładne spełnienie tych warunków jest w praktyce niemożliwe – dobór detektora do konkretnego zagadnienia jest bardzo ważny – wymaga dokładnej analizy warunków Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 20 Charakterystyki detektora realnego • sygnał na wyjściu detektora pojawia się w wyniku określonego procesu fizycznego na skutek przemian energetycznych – detektor więc najpierw absorbuje pewną energię a następnie ją emituje w rozmaitej postaci • proces fizycznej rejestracji ma pewien próg energetyczny poniżej którego detektor nie jest w stanie zarejestrować sygnału • przemiana energetyczna zachodzi w skończonym czasie – liczba cząstek rejestrowanych w jednostce czasu jest ograniczona i może się znacznie różnić od liczby cząstek dochodzących do detektora Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 21 Charakterystyki detektora realnego • czasowa zdolność rozdzielcza – wynik istnienia progu energetycznego rejestracji Vp, – informacja wyjściowa jest opóźniona o pewien czas t* • powód - statystyczny charakter procesu – określona jest przez odchylenie standardowe różnicy czasu t* pojawienia się sygnałów: t ( t *) 2 V VP t 1 t 2 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny t 1m t 2m t 22 Charakterystyki detektora realnego • energetyczna zdolność rozdzielcza – określa szerokość połówkowa funkcji odpowiedzi detektora E E E E R G(R) 1 R 0,5 R R Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 23 Charakterystyki detektora realnego • wszystkie detektory mają określoną „bezwładność” – zmniejszenie liczby rejestrowanych zdarzeń – związana z procesami zachodzącymi w momencie rejestracji w samym detektorze • „bezwładność” powoduje, że kolejna cząstka trafiająca na detektor nie zregenerowany nie jest zarejestrowana mimo, że sama spełnia warunki „rejestrowalności” • „bezwładność" detektora jest jego czasem martwym t • sygnał z detektora może również napotykać na podobne efekty w dalszych częściach urządzenia pomiarowego – większa liczba czasów martwych ti Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 24 Charakterystyki detektora realnego t1 t1 WE WE WY WY Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 25 Detektor • detektor promieniowania jądrowego powinien dać informacje, potrzebne do określenia istotnych parametrów dla danego zagadnienia, na przykład – dokładny czas jest konieczny przy identyfikacji cząstek, pochodzących z określonego zjawiska – rodzaj cząstki można określać na podstawie równoczesnego pomiaru prędkości i pędu, wyznaczając jej masę spoczynkową • Niektóre badania wymagają nieprzerwanej pracy układu detekcyjnego przez setki a nawet tysiące godzin. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 26 Detektor zesplony • detektor zespolony – zespół kilku detektorów działających na różnych zasadach • detektor zespolony – umożliwia równoczesną rejestrację wielu parametrów, koniecznych do identyfikacji i opisu badanego zjawiska – wykorzystuje współczesne możliwości technologiczne i obliczeniowe – pozwala wybierać, rejestrować i analizować ogromne ilości danych z bardzo wielką szybkością – przy wielkich przyspieszaczach jest urządzeniem bardziej od nich skomplikowanym i drogim a wymiary sięgają setek m3 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 27 Podział detektorów • detektory można podzielić ze względu na rodzaj otrzymywanej odpowiedzi na: – detektory elektryczne (gazowe, półprzewodnikowe, scyntylacyjne) – detektory śladowe (emulsje jądrowe, komory Wilsona i pęcherzykowe) – detektory kalorymetryczne – detektory radiochemiczne – detektory luminescencyjne, chemiczne Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 28 Detektor gazowy • detektor gazowy promieniowania jądrowego - kondensator dowolnego kształtu umieszczony w naczyniu z gazem, w którym istnieje pole elektryczne o natężeniu E f A1 A2 E Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 29 Detektor gazowy • gdy do wnętrza kondensatora (do objętości czynnej) dochodzi promieniowanie następuje jonizacja gazu • efekt jonizacji zależy od: – własności padającego promieniowania – parametrów detektora • objętość, • geometria, • natężenia pola E, – rodzaj gazu i jego parametrów • ciśnienie, • temperatura Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 30 Detektor gazowy – charakterystyka prądowa I VI V I II E1 E2 Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny IV III E3 E4 E5 E6 E 31 Komora jonizacyjna • komora jonizacyjna - detektor gazowy pracujący w obszarze nasycenia (obszar III) – prąd jonizacyjny zależy od jonizacji pierwotnej I komora jonizacyjna E • pojemność komory jonizacyjnej C - rzędu kilku pF, - opór R od 108 do 1015 – stała czasowa RC od 10-3s do 104s Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 32 Komora jonizacyjna prądowa • Komora jonizacyjna prądowa (całkująca) - komora o dużej stałej czasowej RC • Komora jonizacyjna prądowa służy do pomiaru średniego prądu jonizacyjnego Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 33 Komora jonizacyjna impulsowa • Komora jonizacyjna impulsowa - komora o małej stałej czasowej RC • Komora jonizacyjna impulsowa rejestruje pojedyncze impulsy prądu, wywołane przez cząstki jonizujące A1 A2 R C’ C M U Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 34 Komora jonizacyjna – pierścień ochronny • pierścień ochronny dzieli izolator komory na dwa segmenty – bez pierścienia – przez układ pomiarowy M przepływa prąd jonizacyjny i prąd upływności izolatora (a) – z pierścieniem - przez układ pomiarowy M przepływa tylko prąd jonizacyjny (b) IJ + IU IJ M (a) Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) IU M (b) 35 Komora jonizacyjna P.Curie • Komora P.Curie – prąd jonizacyjny kompensowany za pomocą piezokwarcu Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 36 Komora jonizacyjna A1 A2 płaska komora jonizacyjna z pierścieniem ochronnym dozymetr indywidualny z komorą jonizacyjną Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 37 Licznik proporcjonalny • licznik proporcjonalny - detektor gazowy pracujący w warunkach wzmocnienia gazowego (obszar V) • Prąd jonizacyjny licznika proporcjonalnego jest proporcjonalny do jonizacji pierwotnej I licznik proporcjonalny E Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 38 Licznik proporcjonalny • elektrony w obszarze IV są pomiędzy kolejnymi zderzeniami przyspieszane do energii znacznie przekraczającą energię jonizacji E gazu wypełniającego detektor E r rk Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) ra r 39 Licznik proporcjonalny • licznik proporcjonalny ma zwykle geometrię cylindryczną lub cylindryczną katodę i anodą w kształcie pętli • dla innej geometrii, np. dla kondensatora płaskiego, jony powstałe w różnych miejscach mają różne wzmocnienia gazowe – prąd jonizacyjny nie jest proporcjonalny do jonizacji pierwotnej LP C R W U Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 40 Charakterystyka licznika proporcjonalnego N dU U1 Up. Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) dN U2 U 41 Licznik proporcjonalny wielodrutowy • licznik proporcjonalny wielodrutowy (G. Charpak 1968-1970) – anoda detektora z równoległych drutów umieszczona w płaszczyźnie między dwoma płaskimi elektrodami katody – średnica drutów anody ok. 20 mm – odległość miedzy drutami 2 mm, – odległość pomiędzy elektrodami katody rzędu 10 mm A Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) K 42 Licznik proporcjonalny wielodrutowy • licznik proporcjonalny wielodrutowy – wypełniony mieszaniną argonu i izobutanu i pracuje przy różnicy potencjałów rzędu 5 kV – każdy z drutów anody jest połączony z oddzielnym wzmacniaczem i działa jak niezależny licznik proporcjonalny. – efektywna przestrzenna zdolność rozdzielcza jest rzędu 1 mm Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 43 Licznik G-M • licznik G-M - detektor gazowy pracujący w warunkach jonizacji lawinowej (obszar VI) – prąd jonizacyjny nie zależy do jonizacji pierwotnej I licznik G-M E Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 44 Licznik G-M • zapoczątkowanie jonizacji lawinowej zależy od – natężenia i rozkładu pola E – od rodzaju i ciśnienia gazu • kolejna rejestracja wymaga wygaszenia jonizacji lawinowej – układem zewnetrznym – liczniki samogasnące • dodanie do gazu wypełniającego substancję gaszącą wyładowanie (pary alkoholi, pary chlorowców) • napięcie progowe zależy od czułości układu pomiarowego • dla dużej czułości (rzędu 0,1 V) - napięcie progowe: – liczniki alkoholowe ok. 1000 V, – liczniki chlorowcowe ok. 200 V Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 45 Licznik G-M Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 46 Pierwszy licznik G-M Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 47 Komora dryfowa A • komora dryfowa - detektor wielodrutowy o specjalnie ukształtowanym polu elektrycznym • pomiędzy anodą A (układ E równoległych drutów) a płaską katodą K znajdują się dodatkowe elektrody E wytwarzające w obszarze KO o długości h niezbyt silne prawie jednorodne pole elektryczne O K • w tym polu chmura elektronów (z h jonizacji pierwotnej) porusza się z D prędkością prawie jednostajną w kierunku anody • moment przejścia cząstki wywołującej jonizację pierwotną rejestruje detektor D Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 48 Komora dryfowa • czas zbierania ładunku chmury jest miarą położenia punktu jonizacji pierwotnej – w mieszaninie argonu i izobutanu • prędkość dryfu jest rzędu 40 mm/s • geometryczna zdolność rozdzielcza w płaszczyźnie jest rzędu 0,1 mm • segmentowa katoda pozwala wyznaczyć współrzędne śladu xz na płaszczyźnie • czas dryfu chmury elektronowej jest współrzędną z • ładunek zebrany na anodzie pozwala określić stratę energii dE/dz Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 49 Komora dryfowa z A zc K xc Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny x 50 Komora projekcji czasowej • skomplikowany detektor gazowy rejestruje równocześnie – przestrzenne współrzędne toru cząstki – jej zdolność jonizacyjną dE/dx • składa się z szeregu komór dryfowych – umieszczone jedna za drugą – katody znajdują się w jednej płaszczyźnie • można wyznaczyć – współrzędną y zarejestrowanej cząstki – odtworzyć przestrzenny tor cząstki Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 51 Komora projekcji czasowej anoda ślad rzut śladu Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny segmentowa katoda 52 Detektor półprzewodnikowy • detektor półprzewodnikowy – komora jonizacyjna z dielektrykiem stałym pomiędzy elektrodami • w porównaniu z detektorem gazowym ma znacznie większą – wydajność rejestracji – zdolność rozdzielczą czasową i energetyczną • jest to związane z różnymi procesami powstawania i ruchu jonów w detektorach gazowych i półprzewodnikowych Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 53 Detektor półprzewodnikowy półprzewodnik napylona elektroda doprowadzenia Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny gruba elektroda napylone elektrody doprowadzenia półprzewodnik 54 Detektor półprzewodnikowy + - - + - + Tadeusz Hilczer - wykład monograficzny + - 55 Detektor półprzewodnikowy detektor półprzewodnikowy do pompy próżniowej połączenia napełnianie ciekłym azotem pręt miedziany ciekły azot Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 56 Detektor półprzewodnikowy d x impuls pozycyjny Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 57 Detektory śladowe • detektor śladowy pozwala zarejestrować określony efekt przejścia cząstki jonizującej przez materię w postaci śladu – obserwacja wizualna • efektem przejścia może być – zaczernienie ziaren emulsji fotograficznej – skroplenie pary – przeskok iskry –… • rejestracja śladu pozwala na analizę przestrzenną danego zjawiska Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 58 Komora Wilsona • pierwowzór w powszechnie obserwowanym zjawisku przyrody - tworzeniu się chmur • warunki kondensacji pary wodnej badał Coulier (1875) – do kondensacji konieczne są określone ośrodki np. pyłki • ośrodkami kondensacji mogą być jony Wilson (1897) – badając tworzenie się kropelek deszczu w chmurach zbudował komorę (1911) – ślady ciągu kropelek wody o średnicy do 1 mm obserwował gołym okiem Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 59 Komora Wilsona • hermetycznie zamknięty zbiornik wypełniony mieszaniną gazu (powietrza, argonu, helu, azotu) z parą nasyconą (wody, alkoholu) • rozprężenie można uzyskać przez: – nagłe przesunięcie tłoka (komora tłokowa) – nagłe przesunięcie membrany (komora membranowa) – zmianę ciśnienia wewnątrz objętości czynnej przez połączeniem z częścią o mniejszym ciśnieniu - Wilson 1933 (komora rozprężeniowa) Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 60 Komora Wilsona Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 61 Komora Wilsona Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 62 Komora Wilsona Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 63 Komora Wilsona • adiabatyczne rozprężenie gazu powoduje obniżenie temperatury – para w objętości czynnej staje się parą przesyconą • stan pary przesyconej jest nietrwały – następuje kondensacja na jakichkolwiek ośrodkach kondensacji (np. jony czy pyłki) • czas w którym komora jest zdolna do rejestracji zależy od – konstrukcji komory – gazu wypełniającego • ciśnienia • temperatury – zawiera się w granicach od 0,01 s do 3 s. Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 64 Komora Wilsona Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 65 Komora pęcherzykowa • wykorzystuje się zjawisko kondensacji pary o w obszarze zawierającym ciecz przegrzaną • podstawową ideę komory pęcherzykowej opracował D.Glaser (1952) Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 66 Komora pęcherzykowa • komory szklane – „czyste” warunki realizacji stanu przegrzania – komory małe – długi czas istnienia stanu przegrzanego (do 1 s) • komory metalowe o dokładnie wypolerowanych ścianach wewnętrznych – komory o dowolnych rozmiarach – bardzo krótki czas istnienia stanu przegrzanego (10 ms) Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 67 Komora pęcherzykowa Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 68 Komora pęcherzykowa Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 69 Detektor Czerenkowa Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 70 Komora iskrowa -+ Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 71 Komora strimerowa a M b I K G F Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) c 72 Spintaryskop lupa preparat promieniotwórczy ekran Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 73 Spintaryskop Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 74 Scyntylacje • spintaryskop jeden z najstarszych detektorów – obserwacje okiem – używany w wielu znanych eksperymentach – wykrycie istnienia jądra atomowego (Rutherford) • w latach trzydziestych ub.w. wyparty przez łatwiejsze eksperymentalnie metody jonizacyjne • zastosowanie fotopowielaczy (1947) • metoda scyntylacyjnej detekcji promieniowania jądrowego jest obecnie szeroko stosowana Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 75 Licznik scyntylacyjny • licznik scyntylacyjny – składa się ze scyntylatora i fotopowielacza • główne etapy pracy: – absorpcja energii promieniowania w scyntylatorze, – przetworzenie energii zaabsorbowanej na energię fotonów, – przejście powstałych fotonów do katody fotopowielacza, – absorpcja fotonów w katodzie i emisja elektronów, – powielanie elektronów między dynodami w fotopowielaczu, – impuls wyjściowy z anody fotopowielacza. Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 76 Licznik scyntylacyjny scyntylator fotopowielacz impuls E E E j f K D1 D2 D3 Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) Dk A 77 Emulsje jądrowe S E D S0 A B C log E Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 78 Emulsje jądrowe y y y’ x x y’ x a) Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) b) 79 Emulsje jądrowe Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 80 Detektor termoluminescencyjny amortyzator obudowa szklana grzejnik rurka niklowa pokryta CaF2 amortyzator Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 81 Detektor termoluminescencyjny W R FP T G Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 82 Kalorymetr B A Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 83 Kalorymetr źródło termopara termopara grzejnik z zasilaniem Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 84 Detektor zespolony zespół detektorów fotony elektrony miony hadrony neutrony detektor śladowy kalorymetry: elektromagnetyczny detektor mionowy hadronowy Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 85 Detektor zespolony kalorymetr mionowy detektor Czerenkowa magnes komora dryfowa detektor wierzchołka Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 86 Detektor zespolony 10 7 3 1 e - 12 2 9 8 16 6 5 15 14 13 4 11 e+ 17 9 Detektor DELPHI - CERN (część centralna i odsłonięta jedna pokrywa: 1 – detektor wierzchołka oddziaływania, 2 – detektor wewnętrzny, 3 – komora projekcji czasowej, 4 – detektory Czerenkowa, 5 – detektor zewnętrzny, 6 – kalorymetr elektromagnetyczny, 7 – solenoid nadprzewodzący, 8 – detektory scyntylacyjne czasu przelotu, 9 – kalorymetr hadronowy, 10 – komory mionowe, 11 – komora dryfowa A, 87 Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 12Tadeusz – detektor do pomiaru świetlności, 13 – detektory Czerenkowa, 14- Detektor zespolony 2 1 3 4 5 e- 8 6 7 9 e+ Detektor MARK 1 (1- mionowe komory iskrowe, 2- absorbenty, 3detektor kaskad, 4- detektor wyzwalacza, 5- drutowe komory iskrowe, 6komory domykające, 7- komory proporcjonalne, 8- solenoid 88 Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie ... (wykład monograficzny) kompensujący, 9-promieniowania detektor świetlności) Detektor zespolony Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 89 Detektor zespolony (CERN) Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 90 Detektor zespolony Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie promieniowania ... (wykład monograficzny) 91 Budowa materii Tadeusz Hilczer - Oddziaływanie (wykład monograficzny) 92