1 / 31

Magizomerek és a gammalézer

Magizomerek és a gammalézer. A 99 Tc m izomer legerjesztési kísérlete az SL-140 rtg. (140 kV-5 mA) besugárzásával. Veres Árpád. Az atommagizomerek kronológiája. 1921. Otto Hahn először észlel 234 Th természetes ß - -bomlásánál izomer nívót, (Chem. Berichte 54 , 1131)

raleigh
Download Presentation

Magizomerek és a gammalézer

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. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

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

More Related