Creeaza.com - informatii profesionale despre


Cunostinta va deschide lumea intelepciunii - Referate profesionale unice



Acasa » referate » chimie
Partea experimentala - radiatii

Partea experimentala - radiatii



Partea experimentala - radiatii

1 Descrierea experimentului

Cercetarea nucleului necesita existenta unor particule de energii inalte. La inceput au fost utilizate ca elemente de lucru particulele emise de substantele radioactive naturale. Aceste surse prezentau urmatoarele dezavantaje: puneau la indemana fascicule de intensitate mica si de energie inferioara nevoilor. In laboratoarele nucleare erau necesare fascicule bine dirijate, de mare intensitate si energie, ceea ce a cerut eforturi deosebite pentru punere la punct a unei tehnici noi: tehnica acceleratoarelor de particule.

Particulele care sunt accelerate in aceste instalatii pot fi, dupa caz: electroni, pozitroni, protoni, antiprotoni, deutoni, precum si nuclee ale unor elemente usoare sau medii. Totdeauna insa este vorba de particule ce poseda sarcini electrice, asupra carora pot actiona oportun forte electrice si magnetice, astfel incat sa le aduca la un nivel energetic ridicat. Neutronii, in schimb, sunt totdeauna produsi fie prin intermediul unor anumite reactii nucleare, fie prin bombardarea unor nuclee special alese cu proiectile convenabile.

O clasificare a acceleratorilor liniari se poate face in functie de raza (traiectoria) particulei incarcate, asa cum se poate observa in tabelul 0.



Tabel 0

Tipul

Denumirea

Construit in…de…

Camp magne-tic

Frecventa campului electric

Raza de rotatie

Particulele accelerate

Performante in prezent

Accelera-

tori electrosta-

tici (directi)

Transformator de inalta tensiune

1926 G.Breit

liniar

Orice particula incarcata cu sarcina

5MeV

~ 18MeV

Tip Cockroft-Walton

1932 J.D. Cockroft E.I.S. Walton

liniar

Tip Van de Graaff

1929 Van de Graaff

liniar

Accelera-

tori liniari

liniar

1931 D.H. Sloane

const

liniar

Particule grele

20GeV

Accelera-

tori de rezonanta

ciclotronul

1934 E.O. Lawrence

const

const

variabil

p, d, a

ioni

~ 20MeV

sincrociclotron (fazatron)

1946 J.R. Richardson

const

variabil

variabil

p, d, a

~ 10GeV

sincrotron

1946 F.K. Goward,D.E.Barnes

variabil

const

const

e

~ 680MeV

Sincrofazotron (cosmotron) (sincroton de protoni)

1947 M.L. Oliphant

variabil

variabil

const

p, d

10GeV

protoni

Accelera-

tori prin inductie

betatronul

1945 M.Kerst

variabil

const.

e

~ 300MeV

In experimentul de fata s-a utilizat acceleratorul TANDEM al Institutului de Fizica si Inginerie Nucleara Horia Hulubei, construit in 197 Acesta face parte din clasa acceleratoarelor directe de tip Van de Graaff.

Prin accelerare directa se intelege procedeul prin care particulele incarcate, produse de o sursa, sunt conduse printr-un ansamblu de electrozi - tubul de accelerare - astfel incat sa strabata o diferenta de potential, preluand de la campul electric o energie cinetica:

(1)

In cazul cand tubul de accelerare e format din mai multi electrozi, tensiunea U este divizata in mod corespunzator intre acestia, astfel incat intervalele dintre ei (intervalele de accelerare) sa constituie in acelasi timp si lentile electrostatice, pentru a asigura o focalizare corespunzatoare a fasciculului.

Tensiunea de accelerare poate fi constanta sau variabila in timp, alternativa sau in impulsuri. In ultimul caz, este necesar ca variatia sa fie mica in intervalul de timp necesar particulelor incarcate de a strabate intregul tub de accelerare.

Prin urmare se considera ca accelerarea este directa daca bornele generatorului de inalta tensiune sunt conectate la extremitatile tubului de accelerare, iar tensiunea acestuia este fie continua, fie periodica, in care caz perioada este mai mare decat timpul de tranzit al particulelor prin accelerator.

Acceleratoarele directe sunt in exclusivitate liniare: traiectoria particulelor accelerate este rectilinie, ceea ce este in concordanta cu necesitatea ca punctele extreme ale traiectoriei, situate la diferenta de potential maxima, sa se afle la distanta maxima, pentru a evita pericolul strapungerii electrice.

De aceea, acceleratoarele directe, desi fac parte din categoria acceleratoarelor liniare, sunt situate intr-o grupa aparte. Schematic, un accelerator direct este alcatuit din sursa de ioni, elemente de focalizare si dirijare, generatorul de inalta tensiune si tubul de accelerare.

Sursele de ioni folosite in acceleratoare pot fi clasificate in:

A)     surse cu descarcare autonoma

surse cu raze canal;

surse cu electroni oscilanti, cu focalizare magnetica sau electrica;

surse de inalta frecventa.

B) surse cu descarcare neautonoma (cu catod cald)

surse cu contractie mecanica;

surse cu contractie magnetica;

surse cu dubla concentrare a plasmei.

Indicii calitativi cei mai importanti ai surselor de ioni sunt:

intensitatea curentului de ioni extrasi si corespunzator emisia specifica a orificiului de extractie , exprimate in ;

eficienta globala a sursei, exprimata in . Aceasta reprezinta raportul dintre curentul extras si puterea totala consumata pentru functionarea sursei, compusa, unde este cazul, din puterea de incalzire a catodului, puterea introdusa in descarcare etc;

randamentul gazos , exprimat prin raportul dintre numarul de ioni si cel de molecule sau atomi neionizati ce trec in unitatea de timp prin orificiul de extractie;

, in care este debitul de gaz al sursei, este numarul de atomi al moleculei stabile a gazului, si reprezinta numarul de atomi si, respectiv, numarul de sarcini elementare pentru ionul de tip , iar este intensitatea partiala a curentului de ioni, corespunzatoare ionilor de tip , in

In cazul surselor de protoni sau deuteroni, daca fasciculul e compus din ioni moleculari ( sau ), randamentul gazos se exprima prin relatia:

(2)

puritatea ionica a fasciculului sau randamentul ionic , ce exprima abundenta relativa a ionilor utili de tip , in fasciculul de ioni extrasi. In majoritatea cazurilor este de dorit ca sursa sa furnizeze ioni atomici, cu numar cat mai mare de sarcini, astfel incat sa se obtina intr-un accelerator dat, energia maxima pe nucleu.

dispersia energetica a fasciculului de ioni, masurata fie in valori absolute (), fie in procente fata de energia medie a ionilor extrasi.

Energia, stabilitatea acesteia in timp si dispersia energetica a fasciculului produs de un accelerator direct sunt determinate de tensiunea inalta si de stabilitatea acesteia. La cresterea dispersiei contribuie si dispersia energetica a sursei de ioni. Pentru a putea executa lucrari experimentale de mare rezolutie, este necesar sa se cunoasca cu precizie valoarea energiei fasciculului si sa se mentina constanta aceasta valoare in timpul experimentului.

Elementele de transport ale fasciculului cele mai des folosite sunt deflectoarele si lentilele. Primele au rolul de a modifica directia traiectoriei, iar ultimele modifica sectiunea transversala a fasciculului si divergenta acestuia, cu efect focalizant.

La iesirea din tubul de accelerare, fasciculul trece printr-un analizor de masa quadrupolar, format din patru bare paralele a caror sectiune este circulara. Polii opusi se conecteaza impreuna. Astfel, un potential se aplica unei perechi de electrozi, iar in acelasi timp, un potential egal dar de semn opus, se aplica celeilalte perechi. reprezinta tensiunea continua, iar este amplitudinea tensiunii de RF de pulsatie . In momentul in care ionii intra in quadrupol de-alungul unei directii aproximativ paralele cu axa cilindrului, potentialul aplicat va induce si o componenta transversala directiei initiale de miscare a ionilor.

Tubul de accelerare este un sistem optic de imersie complex, cu simetrie axiala in constructiile obisnuite, in care traiectoria particulei de referinta este rectilinie. Este construit dintr-o succesiune de lentile nesimetrice tubulare sau dintr-o succesiune de diafragme. In primul caz tubul este cu camp electric axial neomogen, in al doilea caz este cu camp cvasiomogen.

Acceleratoarele directe de tip TANDEM prezinta avantajul unei duble accelerari la aceeasi valoare a tensiunii de alimentare. Astfel, accelerarea ionilor o data ca ioni negativi si a doua oara ca ioni pozitivi cu ajutorul unui generator de inalta tensiune permite dublarea energiei lor. Acceleratorul utilizat in experimentul de fata este un accelerator in doua trepte, prezentat schematic in figura de mai jos.


Fig 0 Schema unui accelerator de tip Tandem

Sursa de ioni si canalul de conversie , situate in exterior , constituie in fapt sursa de ioni negativi. Acestia, separati de celelalte particule prin magnetul analizor , sunt accelerati pana in electrodul de inalta tensiune, unde trec printr-un canal de diametru redus ce contine un gaz la o presiune care sa permita interactiunea ionilor negativi cu moleculele gazului, in urma careia se transforma in ioni pozitivi. Acestia sunt in continuare accelerati intr-un tub asezat in prelungirea primului, astfel ca la iesirea din accelerator se obtin particule cu energie numeric egala cu dublul tensiunii inalte. In acest fel, numai lungimea acceleratorului creste aproximativ proportional cu energia, dimensiunile transversale ramanand neschimbate. Dificultatea principala consta in reducerea, cu aproape doua ordine de marime, a intensitatii fasciculului la fiecare conversie de sarcina. De aceea, in prezent se folosesc cel mult trei trepte de accelerare, realizate fie cu un accelerator normal avand o sursa de ioni negativi in electrodul de inalta tensiune urmat de un tandem, fie din doua acceleratoare de tip tandem, injectand in primul un fascicul format din particule neutre care sunt convertite in electrodul primului tandem in ioni negativi.

Acceleratorul folosit are potentialul maxim pe terminal 8.5MV.

Energia ionilor accelerati este , unde E este exprimat in MeV, este starea de sarcina a ionilor accelerati, iar potentialul exprimat in MV.

De exemplu, ionul cel mai greu accelerat este , cu starea de sarcina la un potential de 8.5 MV si poate avea energia de

Injectorul de ioni negativi cuprinde:

Sursa duoplasmatron, destinata in special pentru obtinerea de fascicule de ioni negativi ai unor elemente gazoase

Sursa de ioni grei de tip sputtering, cu preaccelerare, destinata obtinerii de fascicule de ioni negativi ai unor elemente grele. La sursa sputtering, se utilizeaza si se manipuleaza cesiu, un element foarte reactiv chimic.

Sursa AMS

Sursa de ioni polarizati destinata obtinerii unor fascicule de ioni negativi de hidrogen si deuteriu polarizati.

Energia de injectie a ionilor negativi se situeaza in jurul valorii de 100KeV. In zona surselor de ioni in timpul functionarii acestora se produce prin radiatii de franare un fond de raze X, avand debitul de 0,2 la 2m distanta atingand in diferite puncte de masura valori de 10. Acest lucru se datoreaza in principal faptului ca fasciculele de ioni negativi sunt insotite si de un fascicul intens de electroni (5-10mA). Injectorul de ioni grei este folosit si independent de restul complexului de accelerare pentru teste si masuratori in vederea realizarii unor tipuri de injectoare pentru marirea numarului speciilor de ioni.

Un tanc din otel cu peretele de 40mm, lung de 13m si cu diametrul de 3,8m contine structura interioara. Aceasta cuprinde sistemul de rezistenta mecanica compus din 8 sectiuni de coloana din metal si sticla in compresie sub o forta de 20 tone forta, intr-un montaj serie – paralel, generatorul de inalta tensiune Van de Graff, electrodul terminal, divizorul rezistiv de tensiune, tuburile de accelerare si stripperul in care are loc procesul de conversie a ionilor negativi in ioni pozitivi. Pentru a se asigura un mediu dielectric cu o rigiditate cat mai ridicata, tancul este presurizat la 12-13bar cu un amestec de, , si intr-o cantitate de 3 tone. In interiorul tuburilor de accelerare este realizat un vid in domeniul 10-7torr.

In actualele conditii acceleratorul prezinta o foarte buna stabilitate in functionare si permite perioade de lucru in continuu de 1500h de fascicul pe tinta.

2 Parti componente ale dispozitivului experimental

tandem;

surse de tensiune;

detector cu scintilatie (paralelipipedic, cilindric, cilindric + fibra optica) ;

amplificator ORTEC 454 (AMP);

discriminator;

modul VME;

integrator de curent ORTEC Model 439.

3 Prezentarea experimentului

In experimentul de fata au fost accelerati deuteroni () in scopul studierii pierderilor in puterea fasciculului accelerat si a eficacitatilor de detectie a trei detectori cu scintilatie, in functie de pozitia acestora precum si de energia particulelor accelerate.

Odata cu cresterea energiei fasciculului de deuteroni (7-8 MeV) au loc la interactia deuteronilor cu structura acceleratorului reactii nucleare din care rezulta radiatii si neutroni. Acest lucru are ca urmare activarea componentelor sale, precum si activarea celorlalte dispozitive din sala respectiva, determinand o proasta functionare

a acceleratorului si o crestere considerabila a nivelului de radiatii din zona respectiva. Aceste urmari afecteaza atat protectia biologica a personalului si a mediului, cat si corectitudinea experimentelor care se desfasoara.

Pentru un accelerator liniar, pierderile tolerate in puterea fasciculului corespund la 1 Watt pierdere per metru de structura. Acest lucru cere o reducere a pierderilor in fascicul pana la . Aceste consideratii trebuie mentinute si pentru transportul fasciculului de la tubul de accelerare pana la tinta.

Desi protectia biologica pe intregul accelerator a fost realizata sa suporte o pierdere in puterea fasciculului de aproximativ , ceea ce corespunde la 200 W la energia finala, puterea depozitata de particulele pierdute in structura acceleratorului trebuie minimizata pentru a evita activarea acceleratorului si pentru a facilita intretinerea manuala a acestuia.

In afara de cateva locatii unde se anticipeaza un nivel mai ridicat al pierderilor (colimatorii), pierderea relativa in fascicul per unitatea de lungime trebuie sa fie mai mica de , mai ales in portiunea de energie inalta a acceleratorului.

Cei trei detectori au ca volum sensibil un material scintilator de tip UPS-89 (NE 102A), care prezinta o sensibilitate ridicata la lumina, transparenta si un timp scurt de cadere (2,4 ns). Mai jos sunt prezentate fotografiile si dimensiunile detectorilor utilizati in experimentul de fata.

Fig1 Detector cu scintiliator UPS 89

Dimensiuni:

 

Fig 2 Detector cu scintilator UPS 89

Lungime fibra optica: 50 cm

Fig 3 Detector cu scintilator UPS 89

Dimensiuni:

Ionii negativi () proveniti de la proba de sputterare , trecand printr-un magnet analizor, au fost injectati in tubul de accelerare. Atat in incinta in care s-a realizat accelerarea particulelor, cat si in regiunea ce separa tubul de accelerare de injector, s-a asigurat o valoare scazuta a presiunii, astfel ca drumul liber mediu al particulelor in gazul rezidual sa fie mai mare decat lungimea totala a traiectoriei in sistemul accelerator si in sistemul de transport. Mai concret, in regiunea sursei de ioni valoarea presiunii a fost de aproximativ , iar in tubul de accelerare de Odata intrat in tub, fasciculul de ioni a fost accelerat intrun potential pozitiv pana la electrodul de inalta tensiune situat la mijlocul tancului, de unde, trecand prin zona de strippare, a fost accelerat intr-o diferenta de potential negativa, in cea de a doua jumatate a acceleratorului. La iesirea din tanc, printr-un sistem de fante si colimatori s-a realizat focalizarea fascicolului, care ulterior a fost trimis intr-o incinta, asezata de-alungul axei tubului de accelerare, in care a fost introdusa o tinta groasa de fier.

Cei trei detectori cu scintilatie au fost asezati pe rand la unghiuri de 30s, 60s, 90s si la o distanta de 2m fata de tinta, respectiv la un unghi de 120s si 1.82m fata de tinta.

Pentru energii ale fasciculului de deuteroni de 2.9MeV, 4MeV, 5MeV, 7.6MeV, 10MeV si 12MeV, cu detectorii asezati in pozitiile mentionate mai sus, s-au inregistrat ratele de numarare pentru fiecare caz in parte.

Pentru fiecare pozitie a unui detector s-a efectuat o masuratoare a fondului inaintea pornirii acceleratorului, o masuratoare a nivelului de radiatii in prezenta unui fascicul de o energie data si, respectiv, o masuratoare a fondului dupa oprirea acceleratorului, pentru a observa astfel care este diferenta dintre ratele de numarare ale detectorilor in prezenta fasciculului si fond, precum si pentru a determina cat afecteaza masuratoarea precedenta pe cea actuala.

Semnalul dat de cei trei detectori a fost trimis catre un amplificator . Semnalul amplificat a fost preluat de un discriminator al carui prag era setat prin intermediul unui soft, transferul de date realizandu-se prin intermediul modulului standart VME.

Magistrala VME (Versa Module Eurocard) provine din magistrala Versabus a firmei Motorola, care a fost utilizata la primele sisteme bazate pe procesorul 68000.

Este o magistrala de 32 biti cu performante ridicate, utilizata pe scara larga, mai ales pentru aplicatii industriale. Exista mii de placi de extensie bazate pe aceasta magistrala, produse de sute de firme. Are specificatii bine definite, care descriu functionarea magistralei si regulile care trebuie respectate de placile VME.

Performantele ridicate sunt asigurate prin asincronismul magistralei, ceea ce permite diferitelor componente sa functioneze la viteza corespunzatoare tehnologiei utilizate. In practica, limita superioara este de ordinul a 100 ns pentru un ciclu de magistrala, deoarece peste aceasta limita apar nesimetrii (bus skew) si alte probleme similare. Cu un transfer de 4 octeti la fiecare 100 ns, rezulta o rata de transfer de 40 MB/s

Fiabilitatea magistralei este asigurata prin proiectarea mecanica si protocolul logic. Spre deosebire de conectorii calculatoarelor IBM PC, se utilizeaza conectori formati din pini metalici. Desi solutia este mai scumpa, se elimina astfel conexiunile necorespunzatoare, care reprezinta una din principalele surse de probleme la sistemele de calcul. Exista linii ale magistralei care se pot utiliza pentru autotest si raportarea starii.

Magistrala VME face parte dintr-o familie de trei magistrale proiectate pentru o gama larga de sisteme de calcul, de la mici sisteme de dezvoltare la sisteme multiprocesor. De exemplu, Figura 4 (a) prezinta un sistem minimal, format din trei placi VME, cate una pentru UCP, memorie si un controler de I/E. Figura 4 (b) prezinta un sistem multiprocesor. Fiecare procesor are o memorie locala la care se conecteaza printr-o magistrala VSB. Daca se pastreaza programul si datele locale in memoriile locale, magistrala VME va fi utilizata numai de instructiunile care fac acces la memoria globala partajata.

Astfel, rata de transfer globala poate depasi limita de 40 MB/s impusa de tehnologia VME. De exemplu, un sistem multiprocesor cu 16 UCP, fiecare UCP solicitand un cuvant de 4 octeti la fiecare 200 ns, necesita o rata de transfer de:

.

Daca 90% din aceste accesuri se fac la memoria locala (pentru incarcarea instructiunilor, citirea/scrierea datelor locale), cu o magistrala VME si 16 magistrale VSB se poate asigura aceasta rata.

Figura 4. Sisteme cu magistrala VME: a) Sistem minimal; b) Sistem multiprocesor.

Magistrala seriala VMS, care functioneaza independent de celelalte doua magistrale, poate fi utilizata pentru comunicare si sincronizare intre procesoare, in paralel cu transferurile de date pe magistrala principala.

Deoarece pragul setat din soft nu coincidea cu pragul real, s-a realizat un grafic in vederea determinarii echivalentei dintre cele doua praguri.

Tabel 1

 


Prag soft [mV]

Prag echivalent [mV]

-1

-2.6

-2

-2.8



-3

-4

-4

-6

-5

-8

-6

-4

-7

-4.4

-8

-5.2

-9

-5.6

-10

-6.2

-15

-6.8

-20

-7.2

-25

-7.8

-30

-8.4

-35

-9.6

-40

-10.6

-50

-11.26

-55

-12

-60

-12.4

-65

-13

-70

-14

-75

-14

-80

-14.8

-85

-15.4

-90

-16.8

-95

-17.6

-100

-18.4

-105

-19

-110

-20

-115

-20.8

-120

-21.6

-125

-22

-130

-22.8

-135

-26

-140

-24.2

-145

-25

-150

-25.8

-155

-26.2

-160

-27

-165

-27.6

-170

-28.4

-175

-29

-180

-30

-185

-30.8

-190

-31.6

-195

-32.2

-200

-34.4

-205

-34.6

-210

-35.4

-215

-36.2

-220

-37

-225

-37.8

-230

-38.4

-235

-39.2

-240

-39.8

-245

-40.6

-250

-41.4

-255

-42.6

Fig. 5

 

Pentru a stabili legatura dintre intensitatea fasciculului de si numarul de particule detectate de cei trei detectori s-a folosit un integrator de curent a carui functie era sa determine numarul de particule incidente pe tinta. Un integrator de curent este un dispozitiv electronic care realizeaza o integrare in timp a unui curent electric, masurand astfel sarcina electrica totala. In cazul de fata s-a utilizat un integrator de curent in depozitarea fasciculului de ioni, unde sarcina masurata corespundea direct cu numarul de ioni depozitati pe tinta, starea de sarcina a ionilor fiind cunoscuta. Cele doua cabluri purtatoare de curent au fost conectate, unul la sursa de ioni si celalalt la tinta de fier, inchizandu-se astfel circuitul. Modelul ORTEC 439 a fost proiectat sa masoare cu acuratete valoarea medie a pulsurilor de curenti produsi de un accelerator de particule. Curentul de intrare este digitizat, rezultand la iesire pulsuri corespunzatoare diferitelor valori ale sarcinilor de intrare. Cu ajutorul unui buton situat pe panoul frontal al integratorului a fost posibila selectarea a trei valori diferite de sarcina (10-10, 10-8 si 10-6C ) necesare producerii unui puls la iesire.

La o energie data, cu detectorii asezati pe rand la unghiuri de 30s, 60s, 90s si la o distanta de 2m fata de tinta, respectiv la un unghi de 120s si 1.82m fata de tinta, s-a variat pragul discriminatorului din soft, astfel incat sa fie parcurs un domeniu cat mai larg de valori, inregistrandu-se simultan pulsurile date de detectori pentru fiecare prag in parte intr-un interval de timp de 10 secunde.

Pentru fiecare detector in parte s-a calculat :

rata de numarare a fondului inaintea fasciculului

rata de numarare in prezenta fasciculului

rata de numarare a fondului dupa oprirea fasciculului

rata de numarare a fondului mediata

rata de numarare in prezenta fasciculului corectata de fond

rata corectata la 1W

Aceste valori au fost trecute intr-un tabel, reprezentandu-se apoi grafic in functie de valoarea pragului setat din soft.

Pentru detectorul cu fibra optica si cel de forma cilindrica, atat din datele numerice, cat si din grafice, s-a constatat ca nivelul fondului imediat dupa oprirea fasciculului are o crestere nesemnificativa fata de fondul masurat inaintea pornirii acceleratorului.

Detector cu fibra optica

Energie: 2 MeV

Pozitia: 30 grade

Pozitia: 60 grade

Pozitia: 90 grade

Pozitia: 120 grade

Rata inainte

Rata dupa

Rata inainte

Rata dupa

Rata inainte

Rata dupa

Rata inainte

Rata dupa

Tabel 2

Detector cu fibra optica

Energie: 7 MeV

Pozitia: 30 grade

Pozitia: 60 grade

Pozitia: 90 grade

Pozitia: 120 grade

Rata inainte

Rata dupa

Rata inainte

Rata dupa

Rata inainte

Rata dupa

Rata inainte

Rata dupa

Tabel 3

Detector cu fibra optica

Energie: 12 MeV

Pozitia: 30 grade

Pozitia: 60 grade

Pozitia: 90 grade

Pozitia: 120 grade

Rata inainte

Rata dupa

Rata inainte

Rata dupa

Rata inainte

Rata dupa

Rata inainte

Rata dupa


Tabel 4

Fig 6

Fig. 7

Detector cilindric

Energie: 2 MeV

Pozitia: 30 grade

Pozitia: 60 grade

Pozitia: 90 grade

Pozitia: 120 grade

Rata inainte

Rata dupa

Rata inainte

Rata dupa

Rata inainte

Rata dupa

Rata inainte

Rata dupa

Tabel 5

Detector cilindric

Energie: 7,6 MeV

Pozitia: 30 grade

Pozitia: 60 grade

Pozitia: 90 grade

Pozitia: 120 grade

Rata inainte

Rata dupa

Rata inainte

Rata dupa

Rata inainte

Rata dupa

Rata inainte

Rata dupa

Tabel 6

Fig. 9

Atat pentru o energie a fasciculului de deuteroni de 2,9 MeV, cat si pentru energiile de 7,6 MeV si 12 MeV, in cazul detectorului cu fibra optica nu se remarca nici o modificare a nivelului fondului inainte si dupa oprirea fasciculului.

Pentru detectorul de forma cilindrica, diferenta dintre valoarea ratei de numarare inainte si dupa oprirea fasciculului pentru energia de 2 MeV este insesizabila. In schimb, pentru o energie a deuteronilor accelerati de 7 MeV, se poate observa o crestere a ratei de numarare a fondului dupa oprirea tandemului fata de rata de numarare a fondului inainte de accelerare.

Pentru detectorul paralelipipedic s-au obtinut urmatoarele date experimentale:

Detector paralelipipedic

Energia: 3 MeV

Pozitia: 30 grade

Pozitia: 60 grade

Pozitia: 90 grade

Pozitia: 120 grade

Rata inainte

Rata dupa

Rata inainte

Rata dupa

Rata inainte

Rata dupa

Rata inainte

Rata dupa

862.6



Tabel 7

Fig. 10

Detector paralelipipedic

Energia: 7 MeV

Pozitia: 30 grade

Pozitia: 60 grade

Pozitia: 90 grade

Pozitia: 120 grade

Rata inainte

Rata dupa

Rata inainte

Rata dupa

Rata inainte

Rata dupa

Rata inainte

Rata dupa

Tabel 8


Fig 11

Pentru energia de 2,9 MeV, in domeniul pragurilor mari, situatia este similara cu cea a detectorilor cu fibra optica si cilindric. Pentru valori ale pragului setat din soft cuprinse in intervalul , se poate remarca o crestere usoara a ratei de numarare dupa oprirea fasciculului de deuteroni fata de rata de numarare a fondului inaintea fasciculului. Acest lucru este irelevant si pus pe seama faptului ca detectorul paralelipipedic are un volum sensibil mai mare decat ceilalti doi detectori utilizati.

Totodata, la o energie data, pentru aceeiasi valoare a pragului si aceeiasi distanta si unghi fata de tinta, detectorul paralelipipedic a furnizat o valoare mult mai mare a fondului de radiatii.

Spre exemplu, pentru o valoare a pragului setat din soft de -20mV si pozitia de si 2 m fata de tinta, detectorul paralelipipedic a inregistrat un numar de 6322 de evenimente, in timp ce detectorul cilindric a inregistrat numai 103 evenimente, iar cel cu fibra optica 44.

In schimb, la o energie a deuteronilor accelerati de 7,6 MeV, are loc o crestere vizibila a ratei de numarare a fondului dupa oprirea tandemului fata de rata de numarare inaintea accelerarii, atat in domeniul pragurilor mici, cat si in domeniul pragurilor mari.

Cu toate acestea, calculand media celor doua viteze de numarare, se observa faptul ca valorile obtinute sunt dispuse pe o curba situata la mijlocul distantei dintre curba vitezei de numarare inaintea fasciculului si cea de dupa oprire. Graficul de mai jos arata faptul ca diferenta existenta dintre cele doua rate nu are o valoare foarte mare si ca luarea in considerare in calculele ulterioare a vitezei de numarare mediate, nu afecteaza corectitudinea acestora.

Fig 12

Dupa ce s-au calculat cele patru viteze de numarare ( rata de numarare a fondului inainte si dupa fascicul, rata de numarare mediata, rata de numarare in prezenta fasciculului si rata de numarare a fasciculului corectata de fond), s-au reprezentat grafic in functie de valoarea pragului setat din soft.

Datorita volumului mare de date experimentale, ma voi limita numai la prezentarea catorva rezultate semnificative pentru fiecare detector in parte.

Pentru detectorul de forma cilindrica, la o energie de 2,9 MeV a fasciculului de deuteroni accelerati, dependenta vitezelor de numarare de valoarea pragului poate fi observata in figura de mai jos.

Fig. 13

 

Fig. 14

 

Fig. 15

 

Fig. 16

 

In cazul energiei de 2,9 MeV, viteza de numarare a fondului difera foarte putin de viteza de numarare in prezenta fasciculului. Cu detectorul in pozitiile si 90 vitezele de numarare sunt aproximativ egale, in schimb pentru pozitia de 120 vitezele de numarare prezinta o crestere vizibila.

Privind tabelul 9 se poate observa aceasta crestere a numarului de evenimente inregistrate de detector.

30

60

90

120

Tabel 9

Desi detectorul a fost invelit in folie de aluminiu si zonele de contact infasurate in banda adeziva de culoare neagra, este posibil sa fi patruns radiatie luminoasa provenita de la o sursa care se afla chiar pe directia in care era pozitionat detectorul.

Odata cu cresterea energiei fasciculului de deuteroni, viteza de numarare a detectorului creste considerabil, astfel ca, pentru valoarea energiei de 7,6 MeV graficele arata astfel:

Fig 17

 

Fig 18

 

Fig 19

 

Fig 20

 

Ca si in cazul energiei de 2 MeV, pentru pozitia de 120 se constata o crestere usoara a vitezelor de numarare.

Pentru detectorul cu fibra optica s-a mers cu energia fasciculului pana la 12 MeV, insa viteza de numarare in timpul fasciculului nu difera de viteza de numarare a fondului. Randamentul prost se datoreaza in principal pierderilor prin transmisia in fibra, precum si pierderile datorate cuplajului prost dintre fibra si scintilator, respectiv dintre fibra optica si fotomultiplicator, cuplaj realizat prin grasime optica.

Graficul de mai jos arata dependenta vitezelor de numarare in functie de valoarea pragului setat din soft pentru detectorul cu fibra optica la diferite energii, grafic din care se poate observa cu usurinta rata mica de numarare a acestui detector.

Fig. 21

 

Dupa cum am mentionat mai sus, pentru aceleasi valori ale pragului si aceleasi pozitii si energii, detectorul paralelipipedic inregistreaza un numar mult mai mare de evenimente, atat in masuratorile de fond, cat si in cele de fascicul, aspect care poate fi observat si in graficele vitezelor de numarare.

De asemenea, pentru pozitia de 120, detectorul paralelipipedic inregistreaza un numar mult mai mare de evenimente decat in celelalte pozitii. Spre exemplu, in aceasta pozitie, pentru valori ale pragului de -20, -25, -30 si -35 mV detectorul a inregistrat pentru energia de 2,9 MeV valorile 113849, 9893, 8838 si 8626 , in timp ce pentru aceeiasi energie la pozitia de 90 de grade fata de tinta a inregistrat valorile 8854, 7155, 6391, 6103 si respectiv 5561.

Fig. 22

 

Fig. 23

 

Fig. 24

 

Din graficele de mai sus reiese faptul ca, spre deosebire de detectorul cu fibra optica si cilindric, in cazul detectorului paralelipipedic se poate vedea clar si in cazul energiilor mici o diferenta mare intre rata de numarare a fondului si cea din timpul fasiciculului.

Pierderea tolerata in puterea fasciculului nu trebuie sa depaseasca 1 Watt per metru de structura. Pentru a cunoaste rata corespunzatoare pierderii de un Watt s-a calculat rata fasciculului corespunzatoare pierderii de 1 Watt dupa formula:

S-a reprezentat apoi grafic si in functie de valoarea pragului setat din soft.

Voi prezenta mai jos graficele corespunzatoare pierderilor la 1 W pentru fiecare detector in parte.

Detector cilindric

Energie 2,9 MeV

Pozitia 30

Pozitia 60

Pozitia 900

Pozitia 1200

Detector cilindric Energia 7,6 MeV

Pozitia 300

Pozitia 600

Pozitia 900

Pozitia 1200

Detector fibra optica

Energie: 12 MeV

In cazul detectorului cu fibra optica ma voi limita la energia reprezentativa de 12 MeV.

Detector paralelipipedic

Energie: 2 MeV

Pozitia 300

Pozitia 900

Pozitia 1200

Detector paralelipipedic Energia 7,6 MeV

Pozitia 300

Pozitia 600

Pozitia 900

Pozitia 1200

Graficele de mai sus arata pentru fiecare prag al discriminatorului, cat este valoarea pierderii corespunzatoare la 1 Watt.

Trebuie deci ca detectorii sa inregistreze un numar cat mai mare de evenimente, deoarece astfel se va asigura stabilirea corecta a ratei de numarare corespunzatoare pierderii de putere la 1 Watt.

Este necesar sa se cunoasca aceasta viteza de numarare pentru a se putea pune la punct un sistem de monitorizare a fasciculului, astfel incat, in momentul in care, pentru o anumita valoare a pragului, detectorul inregistreza o rata de numarare mai mare decat rata corespunzatoare pierderii la 1 Watt, sa fie oprit in timp util acceleratorul pentru a evita activarea componentelor sale si, implicit, deteriorarea lor.

De exemplu, in cazul detectorului cilindric, in situatia unei energii a fasciculului accelerat de 7,6 MeV, rata de numarare nu trebuie sa depaseasca pentru un prag setat din soft de -40 mV valoarea de 1718 evenimente/secunda. In schimb, pentru acelasi prag, rata de numarare a detectorului paralelipipedic nu trebuie sa depaseasca 476920 evenimente/secunda.

Cu alte cuvinte, acest sistem de monotorizare va avea sarcina ca in momentul in care rata de numarare depaseste rata corespunzatoare unei pierderi in putere de 1 W, sa ia masurile necesare astfel incat sa fie evitate urmarile mai sus mentionate.

Din datele experimentale s-a observat faptul ca cele mai bune rate de numarare s-au obtinut cu detectorul paralelipipedic. Totusi, trebuie avut in vedere faptul ca acesta prezinta o limitare datorita fotomultiplicatorului. Pentru rate foarte mari (mai mari de ) intensitatea curentului pe fotomultiplicator creste deoarece sosesc foarte multi fotoni, si in aceste conditii fotomultiplicatorul iese din regim de functionare.

Detectorul paralelipipedic poate fi utilizat, deci, pentru rate de numarare care nu depasesc 10pulsuri pe secunda. Ca o solutie a acestei probleme pot fi folositi mai multi detectori cilindrici care, desi vor inregistra un numar mult mai mic de evenimente, nu vor iesi din regimul de functionare.

Detectorul cu fibra optica a fost utilizat in scopul de a vedea daca se poate reduce zgomotul electronic prin plasarea fotomultiplicatorului departe de sala acceleratorului, fara sa fie afectata eficacitatea de detectie.

Din datele experimentale s-a constatat ca detectorul cu fibra optica a avut cel mai slab randament, inregistrand un numar mult mai mic de evenimente decat ceilalti doi detectori. Totusi, acest lucru probabil ca nu se datoreaza atenuarii prin fibra, ci este de natura tehnica. Desi detectorul a fost invelit in folie de aluminiu si banda adeziva de culoare neagra, este posibil ca un numar mare de fotoni, in urma reflexiei, sa paraseasca fibra, ajungand astfel o fractiune mica din fotonii initiali la fotomultiplicator. Totodata, un numar semnificativ de fotoni s-au pierdut si datorita cuplajului prin grasime optica dintre scintilator si fibra, precum si datorita cuplajului dintre fibra si fotomultiplicator.

In masuratorile viitoare se va avea in vedere vopsirea fibrei optice cu vopsea optica si realizarea unei izolari mai bune a cuplajului scintilator- fibra si fibra- scintilator .

Bibliografie

Spectroscopie nucleara - Gheorghe Vladuca

Techniques for Nuclear and Particle Phzsics Experiments – William R. Leo

Electronica nucleara





loading...





Politica de confidentialitate

.com Copyright © 2020 - Toate drepturile rezervate.
Toate documentele au caracter informativ cu scop educational.


Proiecte

vezi toate proiectele
 PROIECT DE LECTIE Clasa: I Matematica - Adunarea si scaderea numerelor naturale de la 0 la 30, fara trecere peste ordin
 Proiect didactic Grupa: mijlocie - Consolidarea mersului in echilibru pe o linie trasata pe sol (30 cm)
 Redresor electronic automat pentru incarcarea bateriilor auto - proiect atestat
 Proiectarea instalatiilor de alimentare ale motoarelor cu aprindere prin scanteie cu carburator

Lucrari de diploma

vezi toate lucrarile de diploma
 Lucrare de diploma - eritrodermia psoriazica
 ACTIUNEA DIPLOMATICA A ROMANIEI LA CONFERINTA DE PACE DE LA PARIS (1946-1947)
 Proiect diploma Finante Banci - REALIZAREA INSPECTIEI FISCALE LA O SOCIETATE COMERCIALA
 Lucrare de diploma managementul firmei “diagnosticul si evaluarea firmei”

Lucrari licenta

vezi toate lucrarile de licenta
 CONTABILITATEA FINANCIARA TESTE GRILA LICENTA
 LUCRARE DE LICENTA - FACULTATEA DE EDUCATIE FIZICA SI SPORT
 Lucrare de licenta stiintele naturii siecologie - 'surse de poluare a clisurii dunarii”
 LUCRARE DE LICENTA - Gestiunea stocurilor de materii prime si materiale

Lucrari doctorat

vezi toate lucrarile de doctorat
 Doctorat - Modele dinamice de simulare ale accidentelor rutiere produse intre autovehicul si pieton
 Diagnosticul ecografic in unele afectiuni gastroduodenale si hepatobiliare la animalele de companie - TEZA DE DOCTORAT
 LUCRARE DE DOCTORAT ZOOTEHNIE - AMELIORARE - Estimarea valorii economice a caracterelor din obiectivul ameliorarii intr-o linie materna de porcine

Proiecte de atestat

vezi toate proiectele de atestat
 Proiect atestat informatica- Tehnician operator tehnica de calcul - Unitati de Stocare
 LUCRARE DE ATESTAT ELECTRONIST - TEHNICA DE CALCUL - Placa de baza
 ATESTAT PROFESIONAL LA INFORMATICA - programare FoxPro for Windows
 Proiect atestat tehnician in turism - carnaval la venezia




Aplicatiile conductometriei la masurarea maselor
GAZE REALE
Tipuri sau mecanisme de ionizare
Natura depunerilor de metal
Caracterele solventilor organici
CHIMISTI ROMANI
PROPRIETATILE STRATURILOR SUBTIRI DE TiC
Efectul Gibbs – Marangoni



loading...

Termeni si conditii
Contact
Creeaza si tu