Ωmega Labs

Atomenergia:

Neutron sugárzás
Mivel a hidrogén kivételével minden atommag tartalmaz neutront, illetve neutronokat , elvben bármelyik atommag alkalmas neutronok előoállítására. Ehhez akkora energiát kell közölni az atommaggal, mint amekkora a neutron kötési energiája. Az energiaközlés sokféleképpen történhet: a-részecskékkel, protonokkal, g-sugárzással való bombázással, vagy hasadási folyamat révén. Neutronforrásként olyan anyagot célszerűu választani, amelyben a neutronok kötési energiája alacsony. Ilyen lehet a deutérium (D) és a berillium. Három típusú neutronforrást különböztethetünk meg:

Radioaktív neutronforrások:

be c neutron

Ha Polónium forrás elé Berillium lemezt helyezünk, a Polónium alfa sugárzását el fogja nyelni a Berillium lemez és egy neutront fog kilőni az atommagjából. Létezik tiszta neutronforrás is, ilyen pl. a Cf-252 ami neutronsugárzással bomlik, de annyira veszélyes, és nehézkes a biztonságos szállítása, hogy nagyon kevés helyen alkalmazzák.

Gyorsítós neutronforrás:

Ha a nagyfeszültséggel felgyorsított deuteron deutériummal ütközik az ütközés során 3He és neutron , ha tríciummal ütközi, az ütközés során 3,6 MeV energiájú 4He és 14 MeV energiájú neutron keletkezik. Előonye, hogy a deuteron-nyalábot csak annyira kell felgyorsítani, hogy a Coulomb-taszítást leküzdje. A gyorsításhoz szükséges feszültség mindössze 0,1MeV.

Atomreaktorok:

Az atomreaktorok, működésük során nagyon erős neutronfluxust adnak le. Az ilyen jellegű neutronforrásokat általában radioizotópok előállítására szokták használni.

A neutronok kölcsönhatása anyaggal:

Gyors neutronok kölcsönhatása anyaggal

Gyors neutronokat a gyorstenyész reaktoroknál alkalmaznak, ahol Plutóniumot állítanak elő az Urán láncreakciója során. A gyors neutronok kisebb eséllyel hasítják szét az atommagokat mint a lassú neutronok.

Lassú neutronok kölcsönhatása anyaggal

Lassú neutronokat alkalmaznak az atomerőművekben az Urán fűtőanyag láncreakciójának működtetéséhez. A lassú neutronok nagyobb hatékonysággal találják el az atommagokat, mint a gyorsak, így sokkal nagyobb eséllyel okoznak magreakciót. A neutronok lassítását grafittal vagy vízzel lehet megoldani. Régen grafitot használtak, de ez veszélyesnek bizonyult Csernobil esetében, ezért ma már a legtöbb helyen vizet használnak, kivéve a legújabb generációs magas hőmérsékletű hidrogén fejlesztő reaktoroknál, ugyanis itt 1000C környékén van a reaktor hőmérséklete és így a grafit az egyetlen alkalmazható neutron moderátor.

A neutronok detektálása

Gyorsneutron-detektorok: a gyorsneutronok detektálására legalkalmasabb eszközök a szerves kristály-, plasztik-, folyadékszcintillátorok. Ezekben a szcintillátorokban sok hidrogén (proton) található. A gyorsneutronok a protonokkal való rugalmas ütközés során a protonoknak energiát adnak át. Ezek a meglökött protonok a szcintillátorban fényvillanásokat idéznek előo.
Lassú neutron-detektorok: A lassú neutronok detektálása magreakciók segítségével történik, melyek során nagy energiájú töltött részecske keletkezik. Detektorként bór-, lítium tartalmú szcintillátorokat, BF3 gáztöltésű számlálókat alkalmaznak.

Alfa sugárzás

ra_rn_alfa

Az alfa-sugárzás során az atommag egy úgynevezett alfa-részecskét bocsát ki. Az alfa-részecske tulajdonképpen azonos a hélium 4-es tömegszámú 42He izotópjával. Alfa-sugárzást csak nagyon nagy, 82-nél nagyobb rendszámú izotópok bocsátanak ki.Az alfa-sugárzás során a mag tömegszáma néggyel, és (a két kibocsátott protonnak megfelelően) rendszáma kettővel csökken. Erre példa a 22688Ra (rádium) alfa bomlása. A bomlás végterméke a 22286Rn (radon).
Az alfa részecske töltése és tömege igen nagy, ezért erősen roncsolja a közeget, amibe belép, ugyanakkor hatótávolsága nagyon kicsi, akár egy vékony papírlap, vagy az emberi bőr is könnyen elnyeli. Levegőben a hatótávolsága néhány cm. Emiatt igazán csak akkor veszélyes, ha valamilyen módon alfa-sugárzó izotópokat tartalmazó anyag jut szervezetünkbe. Alfa sugárzó anyag például a Polónium 210 ami 6,5MeV-os alfa részecskéket bocsát ki. Ezek a részecskék annyira erősek, hogy a polónium darab körül kéken világít a levegő, és maga polónium darab is izzani kezd, majd megolvad.A nyers Urán is alfa bomlással alakul át Tóriummá

Az alfa sugárzás jelenlétét sokfajta módon ki lehet mutatni:
Ködkamrával, geiger számlálóval, szemrevétellel (nagyon erős alfa forrásoknál)
Félvezetős számlálókkal, szcintillációs mérőkkel,

Béta sugárzás

cs ba béta

A béta-sugárzás tipikusan a neutron felesleggel rendelkező atommagok bomlási módja. Ekkor ugyanis egy neutron átalakul protonná, miközben egy elektron keletkezik. Az így felszabaduló energia jelentős részét az elektron mozgási energiája viszi el. Az atomból nagy sebességgel kilépő elektron a béta-részecske. A béta-bomlás során tehát az atom rendszáma egyel nő, tömegszáma viszont változatlan marad, amit a 13755Cs (cézium) bomlásának példáján mutatunk be. A végtermék ekkor a 13756Ba (bárium).
A béta-részecske szintén töltött, de tömege, illetve mozgási energiája jellemzően kisebb az alfa-részecskéénél, ezért az anyaggal gyengébben hat kölcsön. Így roncsoló hatása kisebb az alfa-sugárzásénál, áthatolóképessége viszont nagyobb. Egy vékony alumíniumlemezzel azonban már a béta-sugárzást is le lehet árnyékolni. Béta részecskéből két fajta létezik: az elektron sugárzást béta sugárzásnak szokás nevezni, a proton sugárzást pedig pozitron sugárzásnak.

Negatív béta-bomlás:

A folyamat során egy neutron protonná alakul elektron és antielektron-neutrínó kibocsátás mellett. A keletkező atom rendszáma emiatt eggyel növekszik, tömegszáma változatlan marad. Neutronfelesleggel rendelkező atomokra jellemző.Cézium-137, Bárium-137-é alakul béta sugárzás leadása közepette:.

Pozitív béta-bomlás:

A folyamat során egy proton neutronná alakul egyszeresen pozitív pozitron (antielektron) és elektron-neutrínó kibocsátása mellett. A keletkező atom rendszáma emiatt eggyel csökken, tömegszáma változatlan marad. Nátrium-22, Neon-22-vé alakul pozitron sugárzás leadása közben

Béta sugárzás kimutatása:

Geiger számlálóval, félvezetős számlálóval, szcintillációs számlálóval,

Gamma sugárzás

ba ba gamma

A gamma-sugárzás annyiban különleges az alfa- és béta-sugárzáshoz képest, hogy nem változtatja meg az atommag összetételét, csak annak állapotát. A radioaktív gamma-sugárzás mindig alfa- vagy béta-bomlás után, illetve azzal egyidőben következik be. Sok esetben ugyanis a bomlás után a keletkezett új mag gerjesztett állapotban marad. A gerjesztett állapot energiatöbbletét aztán azonnal, vagy hosszabb idő után elektromágneses sugárzás formájában adja le. Ez a sugárzás a gamma-sugárzás.Példánkban a 137m56Ba (bárium) gerjesztett állapotú izotóp (ezt jelöli az "m" index) felesleges energiát gamma-sugárzás formájában adja le.A gamma-sugárzás, mint elektromágneses sugárzás hasonló jelenség, mint a látható fény. A különbség csupán abban áll, hogy energiája akár milliószorosa is lehet a látható fényrészecskéének.A gamma-sugárzás töltéssel nem rendelkezik, ezért áthatolóképessége igen nagy, roncsoló képessége azonban kisebb a többi sugárzásénál. Külső sugárforrásként azonban mégis a gamma-források a legveszélyesebbek, mivel leárnyékolásukhoz vastag ólom vagy beton réteg szükséges. Az Urán, reaktorban való hasításakor gammasugárzás keletkezik. Iparban használatos gammaforrás a Kobalt-60, amit Kobalt-59-ből állítanak elő neutron besugárzással.

Gamma sugárzás kimutatása: A legtöbb esetben geiger számlálót alkalmaznak, de lehet használni félvezetős műszereket is.

A BME tanreaktora:

reaktor1_small
reaktor2_small
reaktor3_small

2006-2012   © Omega Labs