Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 55

Doç.Dr.Sema BİLGE OCAK GAZİ ÜNİVERSİTESİ PowerPoint PPT Presentation


  • 190 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

RADYASYON MADDE ETKİLEŞMESİ (YÜKLÜ PARÇACIKLAR). Doç.Dr.Sema BİLGE OCAK GAZİ ÜNİVERSİTESİ. Türk Fizik Derneği VIII. Uluslararası Katılımlı Parçacık Hızlandırıcıları ve Detektörleri Yaz Okulu. RADYASYON NEDİR?. RADYASYON TÜRLERİ. RADYASYON TÜRLERİ. ALFA PARÇACIKLARI.

Download Presentation

Doç.Dr.Sema BİLGE OCAK GAZİ ÜNİVERSİTESİ

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

RADYASYON MADDE ETKLEMES

(YKL PARACIKLAR)

Do.Dr.Sema BLGE OCAKGAZ NVERSTES

Trk Fizik Dernei VIII. Uluslararas Katlml Parack Hzlandrclar ve Detektrleri Yaz Okulu


Radyasyon ned r

RADYASYON NEDR?


Radyasyon t rler

RADYASYON TRLER


Radyasyon t rler1

RADYASYON TRLER


Alfa par aciklari

ALFA PARACIKLARI

Alfa parac iki proton ve iki ntrondan olumu bir helyum

ekirdeidir ve pozitif ykldr.

lfa paracklarn ok kk kalnlklardaki maddelerle

(rnein ince bir kat tabaka ile) durdurmak mmkndr. Bunun sebebi, dier radyasyon eitlerine gre sahip olduklar nispeten byk elektrik ykleridir.

.


Beta par aciklari

BETA PARACIKLARI

ekirdekteki enerji fazlal ekirdek civarnda,

Pozitif ykl elektronlar ile, negatif ykl iyonlar ise

iaretiyle sembolize edilirler.


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

Radyasyon madde iinde etkileimi ile dedekte

edilir.Nkleer ve parack arpmalarnn,

bozunmalarn aratrlmas, byle etkileme

rnlerinin llmesi dedektrlere baldr.

Radyasyonun madde ierisinde etkilemesi nemlidir.

Radyasyonun dedektr maddesi ile etkileimiyle balar, bu etkileimin sonucu sinyale evrilerek kaydedilir.


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

Hassasiyet: Bir dedektr her paraca kar

hassas olamaz.

Enerji znrl: Dedektr gelen paracn

enerjisini lecekse bunu ne kadar

hassas lecei ile ilgilidir.

Zaman znrl: Saym hznn bykl ile ilgidir.

Verim: Dedektrn zerine arpan 100 gamadan

ka dedekte edilebilecei ile ilgilidir.


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

RADYASYON MADDE ETKLEMES

Herhangi bir nedenden dolay atomdan bir elektron kopartlmas veya atoma bir elektron balanmas sonucunda atomun yk dengesi bozulur .

Bu olaylara iyonizasyon, iyonizasyon sonucu oluan atoma iyon denir.

Etkileme mekanizmas paracn eidine ve enerjisine bal olduu gibi girdii ortamn atomunun proton saysna ve

younluuna bal olarak deiir.


Y kl par aciklar

YKL PARACIKLAR

Ykl paracklarn enerjileri, bunlarn madde tarafndan sourulmasnn llmesiyle tayin edilebilir.Genel olarak, ykl paracklar madde ierisinden geerken enerji kayb ve geli dorultularndan sapmalar gibi iki ana zellikle karakterize edilirler.

hafif ykl: elektron ve pozitron

ar ykl paracklar :muon, pion, proton, alfa


A ir y kl par aciklar

AIR YKL PARACIKLAR

Paracn kinetik enerjisi atomun iyonlama enerjisinden

Yeterince byk ise, enerjisini yolu zerindeki atomlar

iyonlatrmak iin maddeye aktarr.

Bir elektron ve bir ar parack arasndaki arpmada, ar

Parack ihmal edilebilir bir ayla saptrlr. Bylece parack

hemen hemen bir doru yol boyunca ilerler.


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

Gelen ar ykl parack iyonizasyon enerjisinden daha byk enerjiye sahip deilse, uyarlma durumu gerekleir.


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

Ykl bir parack madde ierisinde bir utan

dier uca geerken, elektronlar ile arpmalar

sonucunda enerjisini adm adm fakat srekli

kaybeder.Belli bir mesafeyi kat ettikten sonra

enerjisinin tmn kaybeder; Bu mesafeye

paracn menzili denir

Menzil paracn trne , materyalin yapsna ve paracn enerjisine baldr.


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

Bir malzeme iinden geen ykl paracklarn

enerji kaybetme hzna malzemenin durdurma

gc ad verilir. Durdurma gc iki bileenden

oluur.

a) Elektronik durdurma gc: ykl paracn malzemedeki atomik elektronlarla etkileiminden kaynaklanr.

b) Nkleer durdurma gc, ykl paracn atomun ekirdei ile etkileiminden kaynaklanr.


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

  • Herhangi bir ykl parack iin bir ortamn durdurma gc,

  • yonun ktlesi, yk ve hznn,

  • Malzemenin atom numaras ve younluunun

  • Fonksiyonudur.


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

Bethe ve Bloch forml

n: Elektron younluu durdurucu materyalin younluu

ze: paracn elektrik yk

v=c: Paracn relativistik hz

m: Elektronun durgun ktle enerjisi

I: yonizasyon potansiyeli ( atom elektronlarn ortalama uyarlma enerjisini temsil eder.)

Z:Atom says

A: Atom arl

:durdurucu materyalin younluu


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

rnek: Berilyum metalinin 1000 MeV enerjili alfa paracklar iin

durdurma gcn Bethe-Bloch formln kullanarak belirleyiniz.

Berilyum: : 1.85 g/cm3; Z=4; A=9

Bants kullanldnda I=58 eV olarak bulunur.


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

  • Durdurma gc bantlar saf kimyasal elementler iin geerlidir.

  • Bir bileiin veya karmn durdurma gc, malzemenin toplam younluuna ve karmdaki her kimyasal elementin elektron saysna baldr.


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

yonlarn madde ierisinde ilerlerken dz bir yol izlediklerini varsayarsak,herhangi bir kinetik enerji iin menzil

  • Hzlar ayn iki ar iyondan birinin bilinen menzili kullanlarak dierinin menzili belirlenebilir.


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

Pratik menzil hesaplar;

rnein havada ilerleyen alfalar iin ( MeV cinsinden)

Alfalarn havadaki bilinen menzilini kullanarak saf bir element iin ayn enerjideki alfalarn menzili bulunabilir.

Burada , alfa paracnn atom numaras Z olan elementin iindeki menzilidir..


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

rnek: 10 MeV enerjili bir alfa paracnn havadaki menzili nedir?

Ayn alfa paracnn Alminyum ierisindeki menzili nedir?


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

yon madde ierisinde ilerledike kinetik enerjisi dzgn biimde azalr. yonun hz belli bir deere yaklatka iki durum gzlenir.

  • .1) ->0, enerji kayp hz belirgin ekilde artar. 2)yon yrngesel elektronlar yakaladka, iyonun yk durumu azalmaya balar ve bylece enerji kayp hz aniden der.

Durmasna yakn daha ok enerji kaybederek daha ok iyonizasyon meydana getirecektir. Bu Brag erisi olarak bilinir. En sonunda , ykl parack elektron yakalar ve durdurma gc der.


Haf f y kl par aciklar

HAFF YKL PARACIKLAR

Elektronlar, dier elektronlarla arpmalarnda byk sapmalara urarlar ve dzensiz yrngeler izerler.Bylece, menzil (madde iinde gidebilen dorusal uzaklk) elektronlarn takip ettikleri yol uzunluundan ok farkl olacaktr.


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

Elektronun bir dier elektronla arpmasnda ilk enerjisinin byk bir ksm dier elektrona aktarlabilir

Hzlar yani enerjileri yksek olan beta paracklar bir ekirdek alanndan getii zaman, radyasyon yolu ile bir enerji kaybna urar. Bu enerji Bremsstrahlung yada frenleme radyasyonu denilen srekli X n spektrumu eklinde grlr.


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

Elektronlar iin, birim uzunluk bana kaybedilen enerji ifadesi

de bethe tarafndan elde edilmitir. arpmadan gelen enerji

kayb;

Radyasyondan ileri gelen enerji kayb;


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

Elektronun madde ierisindeki enerji kayb;

Radyasyon terimi sadece yksek enerjilerde ve ar materyallerde nem kazanmaktadr. Elektronlarn veya pozitronlarn betalarn enerjisi artrlrsa, radyasyona enerji kayb aniden ykselecektir. Bu ekilde paracn enerji kayb arpma-iyonizasyon enerji kaybndan byk veya yakn olacaktr.


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

Enerji kayb dalm, Landau dalm ile temsil

edilir ve yaklak ifadesi

, en muhtemel enerji kaybndan olan sapmadr.

burada

:Bethe-Bloch formlndeki ortalama enerji kayb

:en muhtemel enerji kayb

:gerek enerji kayb


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

YKSZ PARACIKLARIN MADDE LE ETKLEM


Gama nlar n n madde ile etkile mesi

Gama nlarnn madde ile etkilemesi

Gama nlar, elektromanyetik spektrumdaki en ksa dalga boylu

ve en fazla enerjili elektromanyetik radyasyonlardr.

  • Yksek enerjili bir paracn bir baka parack ile arpmas,

  • Bir parack ve onun kart paracnn birbirlerini yok etmesi,

  • Radyoaktik bozunma,

  • vmelendirilmi ykl paracklar


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

Radyoaktif ekirdek

Parack-parack arpmas

Madde- Anti Madde arpmas


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

Maddenin kk bir dx kalnlnda absorblanandI n iddeti, bu kalnla giren I iddeti ile

orantldr.

: gama snlarnn enerjisine ve maddenin cinsine bal olan lineer sourma katsaysdr.

I: x kalnln geen gama nlarnn iddeti,

balangta gelen gama nnn iddeti


So urma katsay lar

Sourma Katsaylar

Drt eit sourma katsays bulunur.

  • Lineer sourma katsays olan birim kalnlk bana sourulmay verir ve

  • Birim ktle bana sourulmay veren ifade ktle

    sourma katsaysdr. Lineer sourma katsaysnn sourucu

    maddenin younluuna oran ktle sourma katsaysn verir.

  • Mol bana den sourma molarsourma katsaysn vermektedir . A atomik arlk gr/mol


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

  • Atom bana sourmay veren ifadeye ise atomik sourma

    katsays denir. Ktle sourma katsays ile bir tek atomun

    ktlesinin arpm bu ifadeyi vermektedir. n: birim hacimdeki

    atom says


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

Fotonlar madde ierisinde ilerlerken uzun menzilli etkilemezler

ve sadece lokal veya kesikli etkileimler geirirler..

Coulomb veya nkleer kuvvete maruz kalmazlar.

Dolaysyla, bir foton demeti herhangi bir malzeme ierisinde

ilerlerken, etkileim geiren fotonlar malzemeden ayrldka

demetin iddeti de azalr.

Dk enerjili fotonlar sadece bir kez etkileir ve tek bir

birincil elektron oluturur.

Yksek enerjili fotonlar ise birka kez etkileebileceinden

enerjileri tkenene kadar birka birincil elektron

oluturabilecektir.

Yksek enerjili fotonlar ise madde-antimadde ifti oluturabilecek ve bylece ikincil elektronlar oluturacaktr.


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

  • Demette kalan yani madde iinde etkilemeye uramayan fotonlarn enerjileri sabit kalr ve bylece belli bir malzeme kalnl ierisinde bir fotonun etkileme olasl da fotonun enerjisi ne olursa olsun sabit kalr.

    Sonu olarak;

    Gamma ve x-nlarnn madde ile etkilemelerini etkileme tarzlarna gre;

  • sourma

  • salma

    Gama ve x-nlarnn sourulmas ve salmas olaylarnda en arlkl olanlar,

  • fotoelektrik olay, (0.01 MeV < E< 0,5 MeV )

  • ift oluumu, ( > 1.02 MeV )

  • inkoherent salma(Compton salmas) (0.1 MeV < E< 10 MeV )

  • koherent salmadr.


Fotoelektrik olay

Fotoelektrik olay

Madde zerine den foton, madde atomunun bal elektronlarn

bir tanesine tm enerjisini vererek, bu elektronu yrngesinden

ayrp serbest hale getirir. Bu olayn gereklemesi iin


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

Bu olayn gereklemesi iin;

Serbest hale geen elektronun kinetik enerjisi

Gelen fonun enerjisi

Sklen elektronun balanma enerjisi

  • Bu olayda tek bir foton bir serbest elektrona dnr.

  • Momentumun korunumu gerei elektronun atoma bal olmas arttr.

  • Atomdan kopan elektron malzeme iinde salmalara uradka kinetik enerjisini kaybeder.


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

  • Dk atom numaral (Z) elementlerin balanma enerjileri de dk

  • Z arttka balanma enerjisi de artar ve bylece

    fotoelektrik etki de artar.

  • Fotoelektrik olay atomun evresinde tm yrngelerde meydana gelebilir.

  • Fotoelektrik olay, dk enerjilerde d, yksek enerjilerde ise

    i yrngelerde meydanagelmektedir.


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

Gelen bir radyasyonun, bir hedef parackla belli bir biimde etkileme olasln ifade etmenin en kullanl yolu tesir kesiti kavramdr. Tesir kesiti, bu etkilemelerin gerekleme olaslnn bir ls olarak tanmlanr. Tesir kesiti;

  • Tesir kesiti , foton enerjisi arttka hzla azalr.

  • Tesir kesiti sourucu malzemenin atom numarasna baldr.


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

  • i yrngelerden uyarlan bir atomda meydana gelen bir boluk st tabakalardan elektron geii grlr.

  • Ortaya kan enerji, bir d yrngedeki elektronu skmek iin kullanlrsa, masz bir gei yapar ve fazla enerjisini dar atar olaya Auger olay, sklen elektrona da Auger elektronu denilir

Auger olay, elektronlar daha gevsek bal ve karakteristik fotonlarn daha kolay sourulduu atom numaras dk olan elementlerde


Nkoherent sa lma

nkoherent Salma

inkohorent salmada gelen ve salan fotonlar arasnda enerji fark vardr. Yani gelen ve salan fotonlarn dalga boylar birbirinden farkldr. Bu salmada fazlar arasnda bir balant yoktur. Bu sebeple de salan dalgalar arasnda bir giriim gzlenemez

  • Compton salmas,

  • Nkleer salma,

  • Raman salmas.


Compton sa ilmasi

COMPTON SAILMASI

MeV mertebesindeki enerjilere doru gidildike

Compton salmas baskn duruma gelir

Fotoelektrik olay K ve L tabakalarndaki elektronlaryla ilgili

Compton olay d tabaka elektronlaryla ilgili

Elektronun balanma enerjisi gelen fotonun enerjisi yannda

ihmal edilecek kadar kk olduu durumlarda baskn olarak

gelir.

Compton olaynn teorisinde momentum ve enerji korunumu kanunlar kullanlarak oluturulur.

kanunlar kullanlarak oluturulur.


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

Enerji korunumu

Bu olayda salan elektronun toplam enerjisi;

Rlativite teorisine gre toplam enerji

eklindedir.


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

Bu iki bantdan

elde edilir.

Compton forml


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

Elektron bana tesir kesiti 1929 yllnda VonOskarKlein ve

Y.Nishina tarafndan hesaplanmtr.

=E /(mec2)

re=e2/40mc2 =2,18 fm ;elektronun yarap

Denklemi atomun elektron says (Z) ile arparsak

Compton salmasnda enerjinin bir ksm absorbe olur, bir ksm da sapar (salr),

Sapma tesir kesiti


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

Absorbe tesir kesiti

Raman Salmas:Fotonun molekller tarafndan sourulmas olaydr. Bu salmada, fotonu souran molekl, sourmadan nce uyarlm bir durumda deilse, gelen fotondan daha az enerjiye sahip bir foton yaynlar.

Nkleer Salma:Bu salma inkoherent salma olarak da adlandrlabilir. Fotonun atomun ekirdei ile etkilemesi sonucu meydana gelmektedir. Bu salmann toplam inkoherent salmadaki hissesi olduka azdr


Koherent sa lma

Koherent salma

Koherent salma, fotonlarn atomdan, enerjilerinde bir deiiklik olmadan salmas olarak tarif edilir. Bu salmada gelen fotonla salan fotonun dalga boylar ayndr

Rayleigh salmas: Bu olay, gelen bir foton bal bir elektron

zerine dtnde, elektronun atomdan sklecek kadar enerji

alamad hallerde meydana gelir. Bu yzden dk foton

enerjilerinde ve yksek atom numaral ar elementlerde daha

ok meydana gelmektedir. Byk enerjili fotonlarn hafif

elementlerden salmasnda Rayleigh salmas,Compton

salmas yannda ihmal edilebilir


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

Elastik Nkleer Salma: Fotonun, ekirdein oluturduu

Coulomb alanndan salmasdr. Bu olayda ekirdek evresindeki

durgun Coulomb alannda bir elektron-pozitron ifti oluur.

Atomun tamamen geri tepmesiyle bu iftin yok olmas enerji

ve faz bakmndan, gelen fotonun ayns olan yeni bir foton

meydana getirir.

Thomson Salmas: Gelen dalga tarafndan ekirdek

salndrlr. ekirdein ktlesi ok byk olduundan bu etki ok

kktr.

Nkleer Rezonans Salma: Bu salma olay, fotonun atom

ekirdei ile etkilemesi sonucu meydana gelir.Bu

olayda ekirdek iki nkleer enerji seviyesi arasndaki farka eit

enerjiye sahip olan bir fotonun sourulmas ile uyarlr.


Ift retimi

ift retimi

ift oluumu, bir fotonun bir elektron ile bir pozitrona dnmesi olaydr. Elektron ile pozitronun ktleleri ve ykleri eit fakat ykleri zt iaretlidir.

Bir elektronun veya pozitronun durgun ktle enerjisi 0.51 MeV. ift oluumu olaynn olabilmesi iin foton enerjisinin en az 1.02 MeV olmas gerekir


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

  • Gelen foton, ekirdein Coulomb alan ile etkileir ve enerjisi

    bir elektron ve bir pozitron (madde-anti madde ifti) retmeye

    harcanr.

  • Coulomb alan ierisinde enerji ve momentumun korunumu

    gerei, retilen elektron ve pozitron gelen fotonun ilk dorultusu

    ile kk bir a yaparak ileri doru hareket ederler.

  • retilen parack ifti, malzeme iindeki yrnge

    elektronlar ve ekirdekler ile etkileebilir.

  • Tesir kesiti, artan foton enerjisi ile hzla artar

    ve 10 MeV zerinde doyuma ular.

  • Bu sre iin eik enerjisi 1.022 MeVdir.

  • Yksek enerjili fotonlar iin baskndr.


Do dr sema b lge ocak gaz n vers tes

  • ift retimi olaynda elektrik yk korunur.

  • retilen pozitron bir elektron ile karlatnda yokolma

    reaksiyonu gerekleir.

  • retilen pozitron bir elektron ile karlatnda

  • yokolma reaksiyonu gerekleir


  • Login