. K ern denkbeeldig afbreken : hoeveelheid energietoevoegen : bindings-energie . K ern sam enstellen vertrekkendevan n en p : afgiftevan energie Sam enstellende deeltjes K ern O pbouw van de kern Energie w ordtvrijgegeven A fbraak van de kern Energie m oettoegevoegd w orden KERN : bestaat uit neutronen en protonen neutronen : V rij: nietstabiel 11 m inuten. n p + + e - + (zw akkew isselw erking) In kern zijn deneutronen m eestal stabiel. Onderscheid : Atoom - Kern
48
Embed
KERN : bestaat uit neutronen en protonen Onderscheid : Atoom - Kern.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
.Kern denkbeeldig afbreken :hoeveelheid energie toevoegen : bindings-energie .
Kern samenstellen vertrekkende van n en p : afgifte van energie
Samenstellende deeltjes Kern
Opbouw van de kern Energie wordt vrijgegeven
Afbraak van de kern Energie moet toegevoegd worden
KERN : bestaat uit neutronen en protonenneutronen : Vrij : niet stabiel
nucleonen gelijkmatig berechtigd. Krachtwerking slechts gedeel-telijk bekend
essentieel : schillen gemengd !
beweging nucleonenSchrödingervgl.
Rechthoekpotentiaal (diepte : MeV's)
100keV-MeV
Nuclidenaart
=
Segré-diagram
Segré-diagram
massa
stabieler
Even-even kernen stabieler dan even-oneven
Niet alle kernen zijn stabiel
(cfr. Segré-diagram)
Enkel de isotopen in de buurt van het minimum van de “valei”
stabiel
N
Z
-verval
-verval
spontanefissie
-verval
Schema sterk vereenvoudigd !
beta-straling : elektron positron.
n p + e ̃
p n + e +
neutrino ( m < 240 eV) Waarschijnlijk 0. Interactie met materie : nagenoeg onbestaand extreem moeilijk te detecteren.
Voor gegeven kern :
uitgestoten -deeltjes zelfde energie uitgestoten -deeltjes : niet alle zelfde energie.
Pauli : introduceert notie “neutrino”.Formele theorie : Fermi.
Aan
tal
-d
eelt
jes
verval van Cu 60
Kinetische Energie (MeV)
Behoud van energie en impuls vereist een derde deeltje
-straling
* spontane emissie van “naakte heliumkernen”
potE
Deeltje gaat niet over potentiaalberg, maar tunnelt erdoor : pure golfmechanica !
Verklaring (Gamow) Tunneleffect
http://www.me.utexas.edu/~uer/manhattan/
Kernfissie
Kernsplijting
Hahn-Strassman
+ veel
energie
Stralingswet van Beer
Straling door een medium :
1) absorptie 2) strooiing
model : schijfje met oppervlakte (d.i. de werkzame doorsnede) cross section /section efficace /Wirkungsquerschnitt
dn n.N. dxNa integratie vindt men :
e = e n =no N. .x no
x
I = Io e .x
absorptie : absorptiecoëfficiënt.
T = Transmissie IIo
Het begrip werkzame doorsnede wordt op veel plaatsen in de fysicagebruikt, bv. Interactie van licht, neutronen, gamastraling, electronenvangstetc.
x
d
Voor kernreacties nog steeds uitgedrukt in “barn” = 10-24 m2
Wet van Lambert-Beer
geldig voor neutronenstralingniet voor elektronen”straling”.
Exponentiële wet ?alles of niets fenomenen.
(ook demografische groei)
Elektronen op folie :
geladen deeltjes verliezen bij iedere interactie een fractie vanhun energie.stilstand : ongeveer gelijke afstand
dracht van de bundel (range).
n
x
http://www.me.utexas.edu/~uer/manhattan/
Kernfissie
Kernsplijting
Hahn
Schijnbare grootte van een kern sterk afhankelijk van de energie van het invallend neutron :
Deze pieken noemt men resonanties. Hun eindige breedte duidt op het bestaan van kortlevende “samengestelde kernen” (levensduur van de grootteorde 10-15 s
best trage neutronen snelle neutronen
Vertragen : modereren“thermische neutronen”
Kettingreactie
Pressurized Water Reactor (PWR)The pressurized water reactor belongs to the light water type: the moderator and coolant are both light water (H2O). It can be seen in the figure that the cooling water circulates in two loops, which are fully seperated from one another.
http://www.npp.hu/mukodes/tipusok/pwr-e.htm
Schematische voorstelling van de neutronen flux in een kernreactor. Om de reactor “kritisch” the houden moeten er evenveel neutronen overschieten aan het eind als waarmee er wordt aangevangen.
Fissie is meestal binair (2 fragmenten)
Zelden ternair (3 fragmenten)
Neutronen worden niet als “fragmenten” beschouwd
De massa’s van de twee fragmenten zijn meestal verschillend.
zichtbaarlicht(1 eV)
Röntgenstraling(10 keV)
1 MeV
1 à 5 Ao
1 à 5 fm
Atoom Kern
Fissiefragmenten : desintegreren (zijn niet stabiel)
zijn verantwoordelijk voor residuele radioactiviteit van de brandstofstaven.
stabiel
N
Z
-verval
-verval
spontanefissie
-verval
Vb:
Koolstof !
Fast breeder reactors
The core of a fast breeder reactor consists of two parts. The fuel rods, which contain a mixture of uranium dioxide and plutonium dioxide, are found in the inner part. Here fission reactions dominate, while in the outer part the predominant process is conversion of U-238 to Pu-239. This part contains depleted uranium (i.e. uranium, in which the U-235 content is even lower than the natural 0.7%). In such a reactor one can achieve that more fissile plutonium nuclei be produced in a unit time than the number of fissile nuclei which undergo fission (hence the name "breeder"). On the other hand, neutrons are not thermalized, since fast neutrons are needed for the above described processes.
ontsnappingspiek. primaire fotopiek : alle energie omgezet.
Ionisatiekamer, Proportionele Teller, GM-teller..
Meestal cylindergeometrie
VR
versterker & puls teller
Anode
Kathode
Gauss-oppervlak
(Gauss)2 o r L E L
E =
2 o r dV = E(r).dr
V(r) = ln r + C
2 o
Randvoorwaarden
r = Vi = ln Ri + CR i
2 o
r = Ru Vu = ln Ri + C
2 0
V = Vu - Vi = ln
2 o
Ru
R i
E = = 2 or
Vr ln(Ru/R i
Besluit : sterk veld (anode).
Ionisatiekamer
Proportioneleteller
G-M-teller
Aangelegde Spanning
Aan
tal i
onen
pare
n
G
root
te S
troo
mpu
ls
deeltje 2
deeltje 1
Recombinatiegebied Gedeeltelijk
Onophoudelijke
proportioneel
ontlading
recombinatie : niet gedetecteerd.
Spanning : minder recombinatie : stroompuls ( aantal geproduceerde ionenparen)
Spanning : secondaire ionenparen e
(“gasversterking”).
Stroompuls aantal oorspronkelijke ionenparen. (“proportioneel gebied”) gedeeltelijke proportionaliteit.
Spanning saturatie : stootionisatie lawine-achtige ontlading. toevoegen van “quenchers”.
Ionisatiekamer discriminatie mogelijk
Proportionele teller
versterking via secondaire electronendiscriminatie mogelijk
Geiger Müller-tellersaturatie : door “ruimtelading” gelimiteerde pulsdiscriminatie niet meer mogelijk
Halgeleiderdetectoren.
De PN-junctie : verarmingslaag.
Voordelen :
1) dichtheid > gasgevulde detectoren2) energie om een ionenpaar te produceren in gassen : groot : 42 eV (He)
22 eV (Xe) 34 eV (lucht).
Voor halfgeleider : per “ionenpaar” 2,9 eV Ge 3.5 eV Si. Hoogte puls : karakteristiek vr. energie vh gedetecteerde deeltje. Oplosssend vermogen > scintillatie-detectoren : (actief volume kleiner)
Neutronen detectie
Detectie gebeurt onrechtstreeks.Laagenenergetische neutronen is de BF3-teller. 10B(n, )7Li
Proton Recoil : Botsing met waterstofkernen. Snelle neutronen : via geïnduceerde fissie in zware kernen.
herkenning van verschillende soorten straling. pulshoogte discriminatie pulsvorm discriminatie.
Combineren van detectoren.
Meerdere detectoren aan 1 registratietoestel :
detector 1 detector 2
Telescopische (richtinggevoelige) werking
Fan In : cfr OPAMP.
Coïncidentie
vb : triggering Wilson en Bellenkamers
coïncidentiecircuit(1)
(2)
Anticoïncidentie
( 1 )
(2 )
preparaat
Anticoïncidentiecircuit
vb. Kosmische straal elimineren
Telstatistiek
meettijd
n = 11
n = 10
t
t
Pt = t
x x x x
N intervallen in tijd t
(N-n) "mislukkingen" n maal "succes"
Psucces : t/N.Pfaling : (1- t/N).
welbepaalde keuze 1 t/N)N-n.( t/N)n
opeenvolging van geen belang : x combinaties
Pn = N!
(N-n)!.n! 1 t/N)N-n .( t/N)n
aantal intervallen N terzelfdertijd de intervallen 0.
Pn = N(N-1)(N-2).....(N-n+1)
n! 1 t/N)N.(1 t/N)-n.( t/N)n
Pn = 1(1- 1
N 1 2N ....1- n-1
N n! 1 t/N)N.(1 t/N)-n.( t)n
limietovergang :
, , ....., 1N 0
2N 0
n-1N 0
lim [ lim = 1 t/N)N 1 t/NN/ t t. e t
lim = 1(1 t/N)-n
Pn = ( t)n e t
n!
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0 15 30 45 60 75 90
Poissondistributie voor t = 60
n
Pn
Fout op de meting : N tellen : MFN = N
RF = = N
N1N
langer meten voor “betere statistiek”
Tellen we wel wat we willen tellen ?
Dode tijd : (Geiger Müller teller)
Na iedere puls : detector voor een tijd “dood” Gedurende t : N geteld op t is de detector N. “dood” : (t - N aktief. Echte telkadans = i.p.v.
Nt N
Nt
Pile up : (Scintillatieteller)2 pulsen tellen op tot grotere puls verkeerdelijk als 1 met hogere energie
gedetecteerd.
Activiteit : aantal desintegraties per seconde
Bequerel - vroeger Curie (1 Ci = 3,6 1010 Bq)
Dosis : wat verricht straling in een materiaal ?
Rad :1 erg / cm3
100 rad = 1gray
Roentgen : 3,33 10-10 C / cm3
In lucht !!!!!
rem
100 rem = sievert
Detectoren : film / TLD
Dosisequivalent : wat verricht straling in een mens ?
Dosisequivalent = Dosis x RBE
X 1
1-1.7
10-20
n (thermisch) 4-5
n (snel) p 10
Zware ionen 20
100 Sv : centraal zenuwstelsel beschadigd : dood binnen enkele dagen 10-50 Sv : beschadiging maag- darmkanaal : dood na 1 of 2 weken 3-5 Sv : beschadiging rode bloedlichaampjes : ½ dood na 1tot 2 maanden.
Acuut bestralingssyndroom.
Hedendaags standpunt : er bestaat geen minimale veilige grens