Atom yadrosi va elementar zarrachalar fizikasi, tezlashtiruvchi texnika
Yüklə 1,85 Mb. Pdf görüntüsü
|
|
Spektrometrik metodlar.
Ionlashtiruvchi nurlanishlar ko‟p sondagi turli parametrlari (xususiyatlari) bilan xarakterlanadi. Ularni o‟lchash uchun turli xil qurilmalardan foydalanish talab qilinadi. Ionlashtiruvchi nurlanishlar radiometrik usullarda o‟lchanganda olinadigan natijalar yetarli bo‟lmaydi va nurlanishlar to‟g‟risida yanada to‟liq ma‟lumotlar olish zarurati tug‟iladi. Ko‟pchilik xollarda detektordan kelayotgan impulslarning parametrlari o‟lchanadi. O‟lchanadigan deskret signallar ularning soni o‟rtacha chastotasi kabi parametrlardan tashqari amplitudasi, geometrik shakli va hosil bo‟lish vaqti bilan xarakterlanadi. Impulslarning bunday xarakteristikalarini o‟lchash ionlashtiruvchi nurlanishning energiyasini, zarra xilini, vaqt korrelyatsiyasini, fazaviy xarakteristikalarini aniqlashga imkon beradi. Ionlashtiruvchi nurlanishning bunday xarakteristikalarini o‟lchash spektrometrik qurilmalarda bajariladi. Yadroviy qurilmalarda olib boriladigan o‟lchashlar ionlashtiruvchi nurlanishlarning turli moddalardan o‟tishida yuz beradigan effektlarni o‟lchashga asoslangan. Spektrometrlarda fizik doimiyliklar, nurlanishlar manbalarini xarakterlovchi kattaliklar o‟lchanadi. Spektrometrik qurilmalar atom yadrolari tuzilishini, yadroviy o‟zaro ta‟sirlarni, moddani sifat va miqdoriy tahlilini, namunaning radioizotop tarkibini, radioaktiv manba aktivligini, radioaktiv izotoplar chiqargan nurlanishlar energiyalarini, impulslar shaklini, paydo bo‟lishi vaqtlarini aniqlashga imkon beradi. Ssintillyatsion gamma-spektrometrlar gamma-kvantlar energiyasining to‟liq yutilishi asosida ishlaydigan ssintillyatsion gamma-spektrometrlar nurlanishlarni qayd qilishda yuqori effektivlikga ega. O‟lchashlar natijalarini qayta ishlash oddiy oddiy usulda bajariladi. Bunday spektrometrlarda katta o‟lchamdagi, sifatli NaJ(Tl) yoki CsJ(Tl) kristallari ishlatiladi (3-rasm). Ssintillyatsion gamma-spektrometrning blok-sxemasi quyidagi rasmda keltirilgan: TN MI 3-rasm TN-tekshiriladigan namuna MI-marinelli idish SS-ssintillyatsion schyotchik KT-katod takrorlagich (impulsni FEK dan chiziqli kuchaytirgichga uzatuvchi). ChK-chiziqli kuchaytirgich ASP-impuls amplitudasini sonlarga aylantirib beruvchi blok. K-kompyuter. YuKM-yuqori kuchlanish manbai. SS KT ChQ ASP K YuKM Kristall moddalarda gamma-kvantlar energiyasining to‟liq foto yutilishi natijasida fotopiklar hosil bo‟ladi. Fotopiklar energiyalari impulslar amplitudasi (sanalgan impulslar) bilan gamma-kvant energiyasi orasidagi bog‟lanish grafigidan, ya‟ni energiya bo‟yicha darajalangan grafik-graduirovka grafigidan aniqlanadi. Bu grafik amplituda va energiya orasidagi bog‟lanish chiziqli bo‟ladi. spektrometrni energiya bo‟yicha graduirovka qilish gamma-kvantlari energiyasi aniq bo‟lgan etalon izotoplar (Ce 141 , Hg 203 , Cs 137 , Zn 65 , Co 60 , Na 24 va b.) yordamida bajariladi. Radioaktiv aralashmalar tahlil qilinganda, ularning gamma-spektrlari 2 yoki 3 energetik diapazonlarda o‟lchanadi. Bunda energiyasi kichik va energiyasi yuqori bo‟lgan gamma-kvantlar yetarlicha aniqlikda o‟lchanadi. Energiya 2,5 MeV gacha bo‟lgan sohada gamma-spektrlar fotopiklar bo‟yicha tahlil qilinadi. Energiya 2,5 MeV dan yuqori bo‟lganda juftlar piklaridan foydalaniladi. Fotopiklar energiya bo‟yicha tahlil qilishda radioizotoplar yarim yemirilish davrlari ham hisobga olinadi. Fotopiklarni energiya bo‟yicha tahlil qilish turli energiyali gamma- kvantlarni chiqarayotgan radioaktiv izotoplarni, ularning turini aniqlashga imkon beradi. Gamma-spektrda fotopiklar shakli namunaning izotop tarkibi, spektrometrning energiya bo‟yicha ajrata olish qobiliyati va namuna massasi orqali aniqlanadi. Masalan tuproqning gamma-spektri quyidagi rasmda keltirilgan. Ssintillyatsion gamma-spektrometrning energiya bo‟yicha ajrata olish qobiliyati odatda 10% atrofida bo‟ladi, effektivligi esa kristallning o‟lchamiga bog‟liq ravishda ga yetadi. Yarim o‟tkazgichli 𝛾-spektrometrlar. XX asrning 60 yillarida yarim o‟tkazgichli detektorlarning yaratilishi eksperimental yadro fizikasida muhim rivojlanish bo‟ldi. Hozirgi vaqtda nurlanishlarni qayd qiluvchi yarim o‟tkazgichli detektorlar yadroviy asboblar orasida yetakchi o‟rin tutadi. Yarim o‟tkazgichli detektorlar ionizatsion kameralar kabi ishlaydi. Ionizatsion kamerada elektrodlar orasiga gaz to‟ldiriladi, yarimo‟tkazgichli detektorlarda esa elektrodlar orasida qattiq modda joylashtiriladi. Detektorga tushgan ionlashtiruvchi zarra yoki gamma-kvantlar elektron-teshik juftini hosil qiladi. Bu juftlar elektrodlarga qo‟yilgan elektr maydoni ta‟sirida tegishli elektrodlarga tomon harakatlanadi. Detektorda hosil bo‟ladigan elektr impulsining kattaligi detektorga tushgan zarraning yoki gamma-kvantning detektorda yuqotgan energiyasiga proporsional. Detektorda hosil bo‟lgan zaryadlarning (elektron-teshik juftlarining) hammasining elektrodlarda to‟planishi muhimdir. Yarim o‟tkazgichli detektorlar quyidagi afzalliklarga ega: 1. Detektorda bir juft elektr zaryadini tashuvchilarni (elektron-teshik jufti) hosil qilish uchun kerakli energiya kichik (Ge da 2,96 eV, Si da 3-66 eV), ionizatsion kamerada esa zaryad toshuvchi bir ionlar juftini hosil qilish uchun energiya kerak. 2. Yarim o‟tkazgich materiali zichligi gaznikiga qaraganda katta. 3. Elektr impulsining o‟sish vaqti juda kichik, ya‟ni zaryad toshuvchilarning xarakatchanligi gazlardagiga nisbatan yuqori. Lekin yarim o‟tkazgichli detektorlarning solishtirma qarshiligi kichik, hatto suyuq azot temperaturasida (77K) ham ionlashtiruvchi nurlanishlarning detektorning sezuvchi hajmidan o‟tishidan katta sondagi elektron-teshik jufti hosil bo‟ladi. hosil bo‟lgan juftlar hammasi elektrodlarga yetib borsa, detektorning energiya bo‟yicha ajrata olish qobiliyati yuqori bo‟ladi, detektor zanjirida hosil bo‟lgan elektr toki impulsi detektorga tushgan nurlanishlarning detektorda yo‟qotgan energiyasiga proporsional bo‟ladi. hosil bo‟lgan juftlar tegishli elektrodlarga to‟liq yetib bormasi elektr impulslari (signallar) kichik bo‟ladi va detektorning energiya bo‟yicha ajrata olish qobiliyati past bo‟ladi. 𝛼-zarralarni qayd qiladigan yarimo‟tkazgichli detektorlarning ajrata olish qobiliyati yuqori. Masalan, 𝛼-zarra energiyasi E 𝛼 =6 MeV bo‟lganda detektorning ajrata olishi 10-12 KeV ni tashkil etadi. 𝛼-zarralarni qayd qiluvchi detektorlar effektivligi ham yuqori bo‟ladi. Detektorning yuqori ajrata olish qobiliyati 𝛼-zarralar gruppasi bilan mos tushadigan 𝛾-nurlarni ajratishga imkon beradi. 𝛽-zarralarni qayd qilishda ko‟proq Si(Li) detektorlar ishlatiladi. Bu detektorlarda nurlanishni sezmaydigan qatlam qalinligi kichik. Si(Li) detektorda sezuvchi qatlam qalinligi 1 sm gacha bo‟ladi. detektorning energiya bo‟yicha yuqori ajrataolishini hosil qilish uchun ularni sovutish kerak. Hozirgi vaqtda yuqori ajratishga erishilgan, masalan 𝛽-zarra energiyasi E 𝛽 =630 KeV bo‟lganda, detektir ajratishi bo‟lishiga erishilgan. Yarimo‟tkazgichli detektorlar bir vaqtda elektronlarning to‟liq spektrini qayd qiladi. Bunday detektorlarning effektivligi elektronlar energiyasiga bog‟liq. Agar sezuvchi qatlam yetarlicha qalin bo‟lmasa, ba‟zi elektronlar qayd qilinmay qoladi. 𝛾-nurlanishlarni qayd qilishda asosan Ge(Li) detektorlar ishlatiladi. Ge(Li)- detektorlar ssintillyatsion detektorlarga qaraganda 10-100 marta yuqori energiya bo‟yicha ajrata olish qobiliyatiga ega. Quyidagi rasmlarda Vb 177 radioaktiv izotopining yarim o‟tkazgichli va ssintillyatsion detektorli gamma- spektrometrlarda o‟lchangan spektrlari ko‟rsatilgan. Detektorning sezuvchi qatlamiga tushgan 𝛾-nurlar sezuvchi qatlam materiali (yarim o‟tkazgichlar, Ge) atomlari bilan o‟zaro ta‟sirlashib fotoelektronlarni hosil qiladi yoki Ge kristali elektronlariga energiyasini berib, kompton sochilishini yuzaga keltiradi. Hosil bo‟lgan fotoelektonlar elektron-teshik juftini hosil qiladi. Bu juftlar esa tegishli elektrodlarga tomon harakatlanib, detektor zanjirida elektr tokini hosil qiladi. Elektr impulsi maxsus qurilmada qayd qilinadi. 𝛾-nurlar sezuvchi qatlam materiali atomlarida yutilishidan hosil bo‟lgan fotoelektronlar vujudga keltirgan elektr impulsi amplitudaga ega bo‟lib, elektrda fotopiklarni hosil qiladi. Gamma- spektrometrlarda ajrataolish qobiliyati yuqori. 𝛾-kvant energiyasi E 𝛾 =1 MeV bo‟lganda ajrataolish qobiliyati 2-3 KeV ni tashkil etadi. Yarim o‟tkazgichli detektorli gamma-spektrometrlarda ko‟ringan fotopiklar ( 𝛾-nurlar) energiyasi yuqori aniqlikda qayd qilinadi. Bu esa namunaning radioizotop tarkibini bilishda muhimdir. Spektrdagi 𝛾-chiziqlarning (fotopiklarning) holatining aniqligi sanalgan impulslar soniga va fotopik shaklini bilishga bog‟liq. Elektron hisoblash mashinalarining ishlatilishi fotopiklar maksimumini uning kengligidan atiga xato bilan aniqlashga imkon berqadi, bu esa E 𝛾 =500 KeV bo‟lgan ni tashkil qiladi. |