curs nucleara

8/13/2019 Curs Nucleara

1/247


2/247


3/247


4/247


5/247


6/247


7/247


8/247


9/247


10/247


11/247


12/247


13/247


14/247


15/247


16/247


17/247


18/247


19/247


20/247


21/247


22/247

43

Fig.1.28. Rezolvarea

timpului de

coinciden

Atunci nseamn c ele vin din punctul localizat la mijlocul distanei dintre cei doi

detectori ( Fig. 1.29).

Fig.1.29

Principiulmsurtorii PET

Dac vrem s scanm pe aceast axi alte puncte de emisie prin anihilare, vom

deplasa corpul uman scanat n alta poziie nvecinat, sau dacnu, vom provoca la

intrarea n poarta de coincidenrapid, pentru semnalul provenit de la unul dintre

detectori (dreapta, sau stnga, dupnecesiti) o ntrziere a semnalului (cu o linie

de ntrziere specializat). Msurnd intensitatea radiaiei emise (ilustrat prin

numrul de impulsuri pe unitatea de timp) n funcie de timpul de ntrziere se

prospecteazfiecare punct pe axmodificnd numai ntrzierea Fig.1 .30.

44

Fig.1. 30. Schema unei instalaii de laborator cu 2 detectori i linie de ntrziere[3].

Timpul de ntrziere nseamnegal cu diferena ntre cele dousemnale este egal cu:

=x/c = ( x1-x2)/c, diferenax fiind consideratfade centrul distanei dintre cei

doi detectori, obinndu-se de aici coordonatele noului punct investigat.

Apoi ntregul ansamblu de 2 detectori ar trebui rotit cu un unghi i reluatscanarea.

Se obine astfel (prin rotirea sistemului) axial de detectori o hart a emisiei

pozitronice n planul baleiat. n realitate la instalaiile moderne, pentru scurtarea

timpului de achiziie se monteaz un inel de detectori (Fig.1.31), care prin

colimatoare citesc simultan, la toate unghiurile intensitile radiaiei gamma de

anihilare a pozitronilor cu energia de 511 keV. Se executastfel un plan (numit 2D)

a imaginii tomografice prin aranjarea, cu un program de calculator, a datelor

achiziionate la fiecare unghi i a ntrzierii ntre cei doi detectoriaxiali de pe

inel. Inelul de detectori nconjoarsubiectuli msoaraceste radiaii prin tehnica

n coinciden, conform schemei ilustrate n Fig. 1.31 [4];

Fig. 1.31. Privire asupra

conceptului PET


23/247


24/247


25/247


26/247


27/247


28/247


29/247


30/247


31/247


32/247


33/247


34/247


35/247


36/247


37/247


38/247


39/247


40/247


41/247


42/247


43/247


44/247


45/247


46/247


47/247


48/247


49/247


50/247


51/247


52/247


53/247


54/247


55/247


56/247


57/247

113

Fig.1.85.Tipuri de

colimatoare

Fig.1.86.Cmpul de iradiere delimitat printr-un colimator multilamelar i

curbele izodoze ale cmpurilor circulare date de fasiculul de electroni

114

Fig.1.87.Cur

bele izodoze

ale cmpurilor date de fasiculul de electronin cazul unui colimator obinuit

1.6.8. Parametrii definii de parcursul electronilor n substanDeoarece o particulncrcatsuferun numr mare de pierderi de cantiti mici de

energie pe traiectoria sa, fluctuaia acestui numr mare este micde la particullaparticul. Ca o consecina masei lor relative mai mici, fluctuaia pierderilor deenergie este mai mare la electroni dect la particulele ncrcate mai grele; acesteadin urmsufero aa numitatenuare de parcurs, nelegnd prin aceasta c, pnla o anumitadncime x n material, fluena lor rmne practic constantdupcare scade brusc, practic, la zero. Distana respectivpoartnumele de parcursul

particulelor ncrcate: x = .Atenuarea electronilor prezintun tablou oarecum intermediar; pentru grosimicresctoare, fluena electronilor scade exponenial, ca la o grosime datsse abatde la aceastlegei stindla zero, dupo poriune de curbdenumitmprtierea parcursului.

ntr-adevr, electronii nu au un parcurs bine definit, datoritfluctuaiilor statisticeale interaciunilor, n primul rnd datoritmprtierii elastice multiple. Parcursulelectronilor se poate defini ca:

=0

E0S

dE (1.148)

unde S=dl

dEi reprezintputerea de stopare, n care se ia n considerare epuizarea

energiei iniiale a electronului datorittuturor tipurilor de pierderi prin interaciuni.Parcursul calculat astfel nuine seama de mprtierea multipl; el reprezintde fapt

unparcurs mediu, , n jurul cruia au loc fluctuaii dupo distribuie aproximativ

gaussian; ca urmare este, aproximativ,i distana la care fluena electronilorscade la jumtate.

Se mai poate defini:parcursul extrapolat, ex , prin intersecia tangentei la

curba de atenuare cu axa absciselor,iparcursul maxim, max , ca fiind distana lacare fluena detectatscade la valoarea fondului.


58/247


59/247


60/247


61/247


62/247


63/247


64/247


65/247


66/247


67/247


68/247


69/247


70/247


71/247


72/247


73/247


74/247


75/247


76/247


77/247


78/247

s-au dezvoltat aparate mai perfecionate la care, curentul ionic este nregistrat direct,

prin colectarea lui pe un colector plasat ntr-o cucFaraday ( Fig. 2.2.a) [2,18].


79/247

157

Fig.2.2

Curentul ionic se scurge la mas printr-o rezisten R de 1010 - 1011 ,

rezisten, n care se produce o cdere de tensiune de ordinul 10-4- 10-3voli. Ea este

transmis mai departe unui sistem electronic de amplificare legat la un aparat

nregistrator sau calculator electronic.

n alte cazuri, pentru atingerea unei sensibiliti mai mari n locul cutiiFaraday se folosete un multiplicator electronic (Fig.2.1.b). Ionii cad pe un sistem de

jaluzele Cu-Be, care prin ciocnire degaj electroni secundari. Fluxul de electroni

secundari este amplificat din dinodn dinod( pe un multiplicator de electroni, [18] )

de 106 - 108 ori. Pot astfel s fie detectai cureni de ordinul 10-20 amperi, ceea ce

revine la nregistrarea unui ion la aproximativ o secund.

2.3.1.c. Spectrometrul de mastip Dempster

Se folosete un cmp magnetic omogen, semicircular, pentru deflexia ionilor

(Fig.2.3), care separionii dupmas[18].

158

Fig.2.3

Din sursa cu fascicul de electroni, ionii intr cu o vitez 0v , produsde potenialul

primei fante S1, n cmpul magnetic Hr

, n care ei descriu o traiectorie circular.

Energia ionului de masa M este:

eVMv

E ==2

20 (pentru ion monovalent) (2.11)

Viteza fiind perpendicular pe cmpul magnetic de intensitate Hr

, va apare

fora Lorentz , care le va imprima ionilor o traiectorie circular, pentru caceasta este

echilibratde fora centrifug. Echilibrul forelor duce la relaia:

Hevr

Mv0

20

= (2.12)

unde reste raza traiectoriei circulare. De aici:

erHMv =0 MerH

v = 0 (2.13)

care nlocuitn ecuaia energiei, d:

eVM

HreM=

2

222

2 e

M

H

Vr

22 2= sau

e

M

H

Vr

2

2= (2.14)


80/247


81/247


82/247


83/247


84/247


85/247


86/247


87/247


88/247


89/247


90/247


91/247


92/247


93/247


94/247

asemntoare se poate ajunge i din analiza momentului electric cuadrupolar, care

pentru deuteron este foarte mic:

Q( H21 ) = 0,0027310-27cm2


95/247

189

n teoria structurii nucleare se utilizeaz mai multe forme analitice simple pentru

potenialul nuclear, care cu o anumit aproximaie, conduc la bunconcordan cu

datele experimentale. Se presupune c potenialele sunt statice, centrale, au un

domeniu de aciune scurt, sunt monotone i se caracterizeaz prin doi parametri

importani: intensitatea (adncimea) de interacie V0i raza de aciune nuclear.

Cteva dintre formele de potenial cu simetrie sferic, utilizate frecvent, care permit o

raz de aciune mic a forelor nucleare i o energie de legtur pentru deuteroncunoscutdin experien, sunt urmtoarele:

10. Potenial cu groaprectangular, (Fig.2.44):

( )

>

=

arpentru

arpentruVrV

00 (2.89)

20. Potenial exponenial (Fig.2.45):

( ) ar

eVrV = 0 (2.90)

30. Potenial Yukawa (Fig.2.46):

( )

a

re

VrVa

r

= 0 (2.99)

Fig.2.44. Fig.2.45. Fig.2.46

40. Potenialul Gauss (Fig.2.47.):

190

semiprofil

50. Potenialul Woods-Saxon (Fig.2.48):

( )

ar

e

VrV

+

=

1

0 (2.101)

Fig.2.48. Potenial Woods-Saxon

60. Potenial cu smbure repulsiv, inpenetrabil (Fig.2.49):

( )


96/247


97/247


98/247


99/247


100/247


101/247


102/247


103/247


104/247


105/247


106/247


107/247


108/247


109/247


110/247


111/247


112/247


113/247


114/247


115/247


116/247


117/247


118/247


119/247


120/247


121/247


122/247

ntre timp n mijlocul lunii aprilie 1999 s-a anunat o colaborare multinaional

condusde Oganesssian, care au gsit dovezi pentru existena elementului 287114

din reacia 242Pu(48Ca,3n) folosind separatorul prin recul de la Dubna (Vassilissa).

Rezultatele au fost publicate n iulie 1999 i sunt artate in Fig. 2.29:

Fig.2.29. Secvenele de timp observate

folosind separatorul electrostatic prin recul

Fig.2.30. Situaia actuala descoperirii elementelor supergrele

Din Figura 2.30. se prezint situaia actual a descoperirii ESG. Se pare c pot

exista foarte multe ESG longevive, dar pentru umplerea golurilor rezultcavem

nevoie de tehnici noi i metode neimaginate nc pentru descoperirea unor noi

radioizotopi deoarece perioada de njumtire este din ce n ce mai mic inumrul de atomi produi se reduce de asemenea la un numr foarte mic.

Figura 2.31. este o reprezentare topologica a regiunii elementelor grele si

a insulei elementelor supergrele . Dei elementul 298114 se dezintegreaza


123/247

245

de la Dubna, pentru 2 dezintegrri n lan

atribuite elementului287

114 produs prin

reacia 243Pu(48Ca,3n).

246

predominant prin emisii, cu un timp de injumatatire de aproximativ 12 minute,

nuclidul 292110 -stabil se dezintegreaza prin emisii cu timp de injumatatire de

aproximativ 50 de ani.

Fig.2.31.

Bibliografie :

D.C.Hoffmann, SuperHeavy elements-Journal of Radioanalyticaland NuclearChemistry, vol. 243, No.1, pp.13-20 (2000)


124/247


125/247


126/247


127/247


128/247


129/247


130/247


131/247


132/247


133/247


134/247


135/247


136/247


137/247


138/247


139/247


140/247


141/247


142/247


143/247


144/247


145/247


146/247


147/247


148/247


149/247

Fig.4.9. Efectul de recul n dezintegrarea .

de unde:21

22

22

21

m

m

v

v= (4.45)

Deci raportul celor doua energii cinetice (cazul nerelativist) va fi:

1

2

2

1

m

m

E

E= (4.46)

Daca energia particulei va fi 6 MeV atunci nucleul va primi un recul de:

1206000212

4

1

221 === m

mEE KeV. (4.47)

Np237 are T1/2 = 2,14610 ani, ( 78,4=E MeV), iar Pa

233 are T1/2 = 27 zile

( 26,0=E MeV).

3.Familia uraniului cu formula A = 4n+2:

Printe este: )(...)(... 206222234234238 stabilPbradioactivRnPaThU

U238 are T1/2= 4,51910 ani, ( 2,4=E MeV), iar Th

237 are T1/2= 24,1 zile.


150/247

299

1

Aceasta energie este mult mai mare ca i legtura chimic, astfel caceste legturi se

vor desface prin recul. Prin recul mai apare i o ionizare a particulei B. DacparticulaB este radioactiv (de exemplu la dezintegrarea toronului sau radonului), prin

aplicarea unui camp electric se poate separa particula B pe o suprafai avem astfel o

depunere radioactiv.

4.3.3 Familii radioactive

Unele substane radioactive sunt legate genetic (n special nucleele grele -

emisive). Prin dezintegrarea radioactiva unor astfel de nuclee iau natere altele, carela rndul lor sunt radioactive etc. Vorbim n acest caz de dezintegrri succesive

(familii radioactive). Elementele din aceast familie au numrul atomic identic

(dezintegrare ) sau difercu patru uniti (dezintegrare ).

Cunoatem n total patru familii radioactive:

1.Familia toriuluicu formula maselor A = 4n (exemplu: n = 58, 57, 56, ...).

Printe fiind: )(...)(...)(208220

1

228232

stabilPbradioactivRnMsThRaTh Th232 are T1/2 = 1,41

1010 ani, ( 01,4=E MeV), iar Ra228 are T1/2 = 6,7 ani

( 05,0=E MeV), Fig. 4. 10.

2.Familia neptuniului cu formula: A = 4n+1:

Parinte este: )(... 209233237 stabilBiPaNp

300

Fig.4.10. Schemele de

dezintegrare nuclearaleseriilor radioactive

(Familiile radioactive)

4.Familia actiniului cu formula A = 4n +3:

Printe fiind:

)(...)(... 207219227231231235 stabilPbradioactivRnAcPaThU

U235 are T1/2= 7810 ani cu 20,4=E MeV.

Familia neptuniului nu apare n naturdin cauza T1/2 = 6102 ani mici s-a

creat artificial prin sinteza elementelor transuraniene. Emisia particulelor cu

energii diferite n urma dezintegrrilor succesive se poate nregistra fotografic prin


151/247


152/247


153/247


154/247


155/247


156/247


157/247


158/247


159/247


160/247


161/247


162/247


163/247


164/247


165/247


166/247


167/247


168/247


169/247


170/247


171/247


172/247


173/247


174/247


175/247


176/247


177/247


178/247


179/247


180/247


181/247


182/247


183/247


184/247


185/247


186/247


187/247


188/247


189/247


190/247


191/247


192/247


193/247


194/247


195/247


196/247


197/247


198/247


199/247


200/247


201/247


202/247


203/247


204/247


205/247


206/247


207/247


208/247


209/247


210/247


211/247


212/247


213/247


214/247


215/247


216/247


217/247


218/247


219/247


220/247


221/247


222/247


223/247


224/247


225/247


226/247


227/247


228/247


229/247


230/247


231/247


232/247


233/247


234/247


235/247


236/247


237/247


238/247


239/247


240/247


241/247


242/247


243/247


244/247


245/247


246/247

[35] V. P. Elerov, Izliucenije Vavilova-Cerenkova i ego priminenii v fizike vsokihenerghii, p.43,55,69,83,87,163. Atomizdat, Moskva (1968)

[36] K.N. Muhin, Fizica nuclearexperimental, vol II, Fizica particulelor

elementare, p. 9-19,27,102,Ed. Tehnic, Bucureti (1981)

[37] R. P. Feynman, R.B. Leighton, M. Sands, Fizica Modern-mecanica cuantic,

p.121, Ed. Tehnic, Bucureti (1970).

[38] M. A. Oncescu, Fizica, nivel postliceal, vol.2, p.253-255,263, 264,222,Ed.

Didactici Pedagogic, Bucureti (1975)

[39] J. Csikai, Experimental techniques and theoretical models for the study of

integral 14 MeV neutron cross sections, p.215-254, Proc. Interregional Adv.

Training course on applications of nuclear theory to nuclear data calculations

for reactor design, Trieste, 28 jan.-22feb., (1980)

[40] M. Ivacu, D.N. Poenaru, Energia de deformare i izomeria formei nucleelor,

Ed.Academiei, p.18,99 (1981)

[41] L. Landau, E. Lifchits, Mecanica cuantic, p.487, Ed. tehnic(1965).

[42] C. Cosma, Fizica atomici nuclearII, curs Univ B-B.p.265,266,295, Cluj- Napoca(1996)

[43] A.Berinde, G.V.Vladuc,Reacii nucleare neutronice n reactor, p.139,

Ed.Tehnic, Bucureti (1978)

[44] I. Ursu, Fizicai tehnologia materialelor nucleare, Ed. Academiei, p.24-33,43,

464, 467-470,474,475,477, Bucureti (1982)

[45] L. A. Arimovich, Upravlenije Termoiaderne reakii, Gos.Iyd.F-M.Lit., p.118,


247/247

493

377, Moskva (1963)[46] L.I. Ciplea, Procese termonucleare, p.80,115,119, 232, Ed. Tehnic, Bucureti

(1975)

[47] O. Cozar,Deteciai msurarea radiaiei nucleare, curs, in print 2006

[48] F.Ajzenberg-Selove, Nucl. Pyzs., A166, p. 6 (1971)

[49] J. Perdijon,Lanalyse par activation, p.7. Ed. Masson et Cie, Paris (1987)

[50] J.Barrrandon, J. Radioanal. Chem., 55, 317(1980),

[51] C. Cosma, T. Fiat, V. Znamirovschi, V. Mercea, L. Daraban, V. V. Morariu,

D. Boros, D. Alicu, R. Ardevan,Determinarea ti tlului unor monezi antice dinargint prin activare cu neutroni, Studia Univ.,B-B., ser. phys., 31, 1, 12-18(1986).

[52] F. Widemann, J. Radioanal. Chem., 55, 271(1980)

[53] P.A.Schubinger, O. Muler, W. Gantner, J. Radioanal.Chem., 39, 99(1977)

494

curs nucleara

Documents