Magizomerek és a gammalézer - PowerPoint PPT Presentation

magizomerek s a gammal zer n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Magizomerek és a gammalézer PowerPoint Presentation
Download Presentation
Magizomerek és a gammalézer

play fullscreen
1 / 31
Magizomerek és a gammalézer
65 Views
Download Presentation
raleigh
Download Presentation

Magizomerek és a gammalézer

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

  1. Magizomerek és a gammalézer A 99Tcm izomer legerjesztési kísérlete az SL-140 rtg. (140 kV-5 mA) besugárzásával. Veres Árpád IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  2. Az atommagizomerek kronológiája • 1921. Otto Hahn először észlel 234Th természetes ß--bomlásánál izomer nívót, (Chem. Berichte 54, 1131) • 1935. V. Kurcsatov et al. a mesterséges radioizotóp 80Brm (n,)-val állítják elő (Compt. Rend. 200, 1201) • 1936. C. F. Weizsacker felismeri, hogy izomérállapot alakul ki, ha a mag csak nagy pólusú -sugárzással tudja leadni energiáját (Naturwiss. 24, 813) • 1938. M. Goldhaber, R. D. Hill, L. Szilárd stabil 115In izomerjét állítják elő n-reakciókkal (Nature 142, 521) • 1939. B. Pontecorvo, A. Lazard elektrongyorsítóval állít elő 115Inm-t (C.R. Hebd. Sean. Acad. Sci. 208, 99). IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  3. 1954. G. Harbottle 115In(γ,γ’)115Inm-mel becsüli 66,7 TBq (1,8 kCi) 6oCo és 48 TBq (1,3 kCi) 182Ta aktivitását (Nucleonics 12, 65) • 1956. N.Ikeda, K. Yoshihara111Cdm és 115Inmσkis-ét méri, 370 TBq (10 kCi) 60Co forrással (Japán nyelvű Radioisotopes 5 (1), 11) • 1963. Á. Veres e két munka ismerete nélkül, 48,1 TBq (1,3 kCi) 60Co-al 111Cdm és 115Inmσkis-étmérte és megbecsülte a feltételezett 1,1 MeV-s aktivációs-nívóik parciális szélességeit is (Int. Appl. Rad. Isot. 14, 123) IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  4. A lézerfejlődés mérföldkövei • 1948. Gábor Dénes: Holográfia, sík - térlátás.Első X-hologram, M. Tegze, G. Faigel, Nature 380, 49 (1996). • 1960. Theodore Mainman: Az első fény lézer. A főbb új fejlődési irányok: foton-energia és -intenzitás növelése, fúziós alkalmazások • 1961. Lev Rivlin: Gamma-lézer koncepció. A megvalósítása még várat magára. Elnevezések: Laser→Lézer; Graser→Grézer Laser; Gamma-Ray; Gamma Röntgen, Graser IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  5. Atomi és nukleáris események a fény- lézerintenzitás függvényében 1022 Wcm-2 Jelentősebb események Lézerintenzitás Wcm-2 IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  6. Különleges lehetőségek I > 1022 Wcm-2 esetén • Direkt kölcsönhatás az atommaggal: 1022 Wcm-2 intenzitás felett az elektromos tér oszcillációja hatást gyakorol az atommagi protonra. Ezért 1024-nél 2,5 keV és 1028 Wcm-2-nél 250 keV eltolódás lép fel, ami megváltoztatja a nívók energiáját és rövidíti élettartamát. (Nukleáris hulladék átalakítás) • Fúzió: Az ionok a direkt lézergyorsítással (az ion oszcilláció révén) a lézertérben elegendő energiát vesznek fel a fúzióhoz. 1022 Wcm-2-nél ez Eü ~ 80 keV. A DT fúziós csúcs stot ~ 100 keV körül van. IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  7. Koherens EM-sugárzású eszközök fejlődési trendje IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  8. Javaslatok gammalézer megvalósítására illetve a pumpáló sugárforrásaira • Optikai lézer sugárzás Eerckens (1969) • Lassú neutronok Baldwin, Neissel, Terhue-Tonks, Rivlin (1963), Gol’danskii-Kazan, Letokhov (1973), Gyors neutronok Preiss (1973) • X-sugárzás Marcuse (1963), Bowman (1976), XKarakt -sugárzás Letokhov (1973), Vysotskii (1979) • Rezonáns (Mössbauer) sugárzás Gol’danskii-Kazan-Namiot (1963), Baldwin-Solem, Karyagin (1980) • Töltött részecske Byrne-Peters-Allen (1974) • Synchotron sugárzás Dmitriev-Shuryak (1974) IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  9. 235Um (78,6 eV, 26 perc) U-viola fény-gerjesztés • Teller jóslata a Konferencián: nem lepné meg, ha tíz éven belül lenne gamma lézer. • A pumpálási energiasűrűségre földalatti atom-robbantást javasolt • UV lézerenergia csatolás Teller Ede (1973) Teller Ede, Veres Árpád és Maurice Goldhaber az első fotonukleáris konferencia bankettjén (USA, Asilomar, 1973 március 26-30). IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  10. Atomhéj – elektron izomer de-populáció • I. Bikit et al. J. Phys. G. Nucl. Part. Phys. 19, 1359 (1993). • Target: ~ 37 MBq/cm3 (1 mCi) 99Tcm. • Besugárzó: 15 MeV-s LINAC, 3 MeV ~ 2,9×107 [cm-2keV-1s-1] atomhéj-elektron kölcsönhatás feltételezése. • Mérés: HPGe detektor (Canberra). Az észlelt depopulációs hatást 2 %-ra becsülték. Az irodalomban ez semmilyen hatást nem váltott ki. • A 3 MeV-s g-kal sok más gerjesztése lehetséges a magnak a szerzők által említett 2,2 eV-s nívó mellett. 142,6 keV 2,2 keV 140,5 keV 6 h E3 M1+ 14 % E2 M4 99Tc 2,14×105 év IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  11. A 99Tc irodalmi bomlássémája 1200 keV-ig. IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  12. (,’) stimulálás izomer-de-populációCollins et al. (1999) A jobboldali séma a 178Hfm (γ,γ’) gerjesztést és legerjedését, a baloldali, pedig az izomérállapot stimulációs legerjedési útjait mutatja IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  13. A kísérlet.99Tcm egy rész-bomlássémája • A jobboldali  a 38.41 keV-s M2 átmenet 0.006 értékére támaszkodva, a hatáskeresztmetszetét(tükörátmenet) becsültük • A következőkben az ily módon esetleg létrejöhető depopuláció mértékének a megállapítására tett erő-feszítéseinkről esik szó. IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  14. A mérések kivitelezésében részt vettek: Balaskó Márton és Jankó Imre (AEKI), Baranyai Lajos, Korpás Gábor (Izotóp Kft.), Abonyi Tamás, Kovács László, Túri László. • Target:99Tcm:131 GBq (3,54 Ci) 2006 05-26. • Besugárzó:SL-140 rtg. Max. 140 keV/5 mA. • VA-J-15 dózismérő: Intenzitás a Tc target helyén 40 kV és 2,5 mA értékeknél 400 r/h (2006-04-04, 13h mérés). SL-140 VA-J-15 Pneum. SL-140 71 cm VA-J-15 IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  15. Az 5 cm3 oldat a konténerben röntgenfilmen IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  16. A konténer és az SL-140 rtg. elhelyezése IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  17. A VA-J-15 dózismérő, 71 cm-re a sugárforrástól IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  18. Mérési adatok leolvasása közben IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  19. Mért adatok A target (5 cm3 Na99TcmO4), 131 TBq, 2006-05-26-án, 10h 19’. IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  20. A 0 kV és 140 kV-5mA mellett mért bomlásadatok összehasonlítása az irodalmi értékkel. IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  21. A mérés kiértékelése • Az SL-140 Röntgen a 8 mm-s átmérőjű lyukon az 5 cm3 - ből csak1 cm3-t, 20 %-t 99Tcm -t sugározott be. • A dózismérőt érő nyalábszűkítés 6 mm volt. • A σs =7,5×10-24 cm2eV; NTc = 4×1014 és Φrtg ~2,5×106 foton/cm2s értékekkel számolva a becsült 181,1 keV-s g-k száma csupán: • NTc×Φrtg×σai ~ 0,08 Bq IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  22. További lehetőségek • 1) A foton-fluxus növelése • PXS5-722SA; 70 KV: DiPX = 12000 R/perc • SL-140 140 KV; DiSL= 0,1 R/perc • Intenzitásnövekedés:1,2×105 2) A 99Tcm forrás térfogatának csökkenése • 0,001cm Ǿ×p×1 cm ~ 3,1×10-7 cm3, ez (~ 3,2×105). • A 181 keV intenzitása: ~ 3×109 Bq lehetne, amelynek a kimutatása a 1011 Bq 142,7 keV mellett, már nem reménytelen. IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  23. 3) „BESSY II”X-sugárnyaláb alkalmazása Multilayer monochromator Beamline IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  24. A grézer lényeges részei és a megvalósítás feltételei 1) Aktív közeg, (atommag-izomerek). Feltételek: Megfelelő átmeneti-energia és élettartam. Könnyű stimulálhatóság. Frekvencia-tartály összeegyezés. 2) Tartály, alkalmas az aktív közeg magába zárására. 3) Pumpa, Az inverzió fenntartásához a spontán legerjedő frekvenciánál négy nagyságrendnél is nagyobb energia szükséges. Ez felmelegedéshez és így további nehézségekhez vezethet. 4). További feltételek: Koherencia (azonos fázis) kristály-kötés (visszalökődési hatás csökkentése). 5). Stimulált hatás észleléséhez szükséges minimális gerjesztett atommagok száma egy elemi szálban. IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  25. A stimulált emisszió hatáskeresztmetszete Einstein (1917) megjósolta, hogy két nívó között lehetséges indukált átmenet. A spontán (A) és az indukált (B) átmeneti sebességek aránya, ahol h a Planck állandó és  a két nívó közötti energiának megfelelő hullámhossz. Az általánosan alkalmazható stimulált hatáskereszt-metszet formula, pedig az alábbi, és itt r a radiális és  a totális vonalszélesség. IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  26. A gerjesztett izomerek minimális száma L hosszúságú szálgeometria minimális inverziósűrűsége: Egy henger alakú test sugár/hossz arányát, s így a diffúziós veszteségét az F  a2/L >> 1 (inkább 3) Fresnel-számmal jellemzik, ahol az L-1 = ln2 ~ 0,693. Vagyis a sugár és a hullám-hossz határozzák meg a minimális térfogatot: Vmin = FL2 = a4/F. /F ~ 1, s így: Vmin ~ a4/. IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  27. N2Vmin = a gerjesztett atomok száma, N*/N0 = p az inverzió mértéke és N2 = N0(w+p)/(w+1) gerjesztett-állapotok koncentrációja, amelyben w a két állapot statisztikus súlyaránya: • Tételezzük fel az elképzelhető legkedvezőbb esetet, (a = 10-4 cm; w ~ p ~ 1; az a, b, f, elhanyagolható. Ekkor a gerjesztett atommagok száma = 1,3×107E2 ~ 1,3×107×(181)2 ~ 4,2×1017. • Az abszolút minimális koncentráció: Vmin = 7,85×10-7 cm3; 181 keV ( = 6,85,1×10-10 cm) = 2,4×1018 cm-3. • 5 mm-s 1 cm-s szál: 4×1015/2,2×10-6 =1,8×1021 Tc/cm3 IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  28. A grézer megvalósításához szükséges főbb feladatok és prognózisaik • Magizomer nívósémák, bomlásadatok, pumpával keltett és megsemmisült izomerek σ pontosítása. • Izomert tartalmazó kristály optikai tulajdonsága, izotóp és izomer elválasztás, optikai pumpálás hatása. • Gyors növesztési technikák bele értve az izomert szülő és a növekedés során a radioaktív bomlás hatásának észlelését lehetővé tevő módszerek fejlesztését. • Grézer rendszerek elméleti elemzése. A gamma-sugárzás pulzált kimeneteire alkalmazható lézervizsgálatok kigondolása. IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  29. A gréser fejlesztésnek kezdetén a kristályosítási és radiokémiai kivitelezéseket erőltették, majd nyilvánvalóvá vált, hogy a rövid félidejű izotópok pumpálásával, vagy a közepes felezési idejű izotópok szétválasztásával és vonalszélességének mesterséges befolyásolásával ezek elkerülhetők. • A kutatások során az is kiderült, hogy nem lehet erősítést elérni Doppler-szélesedett vonalakon és a grézer in situ nem pumpálható, mivel a sugárzás erőssége a kristályt tönkre teszi. A vonalszűkítés rendkívül komplikált és csak korlátolt előnnyel bír. • A gamma lézer igen sok szempontból emlékeztet az ellenőrzött fúzióra. Közös bennük, hogy egy-egy rész megközelítésénél újabb kivitelezhetetlen probléma merül fel és a megoldáskeresés újra kezdődik. IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  30. A lézer alapú izotóp-elválasztás, az atomnyaláb hiperfinom spektroszkópiája, az atommag polarizáció, a defektmentes szilárdtest előállítása és a lágy X sugárzás tartományon belüli koherens sugárzás területein, várható előrelépés. • Van remény a kielégítően keskeny sávszélességű igen intenzív sugárzásra, s így lehetővé válhat egy statikusan polarizált gerjesztési nívó pumpálása. Ezzel újabb megközelítésű grézer program veheti kezdetét, különösen a polarizációs közelítések enyhíthetik az óriási pumpálási követelményeket. IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22

  31. Záró gondolatok A kihívás: NAGY, ezért új felfedezések és ötletek kellenek. • Szent-Györgyi Albert: A felfedezéslátni azt amit sokan láttak, de ebből arra gondolni, amire addig senki sem gondolt. • Oláh György: Ha nincs ötlet a sok pénz sem segít • Ha egy probléma megoldásához sok bonyolult feltételnek kell teljesülnie, a lényeges elemek megválasztásának és az egyszerűsítésnek is döntő szerepe van, ez az én tapasztalatom. Köszönöm a figyelmüket IKI Szeminárium, 2006 - nov. 22