Μελέτη του συστήματος d  + 13C στα πλαίσια των
πυρηνικών τεχνικών EBS και ΝRA

Κυρίτσης, Νίκος; Kyritsis, Nikos

dc.contributor.author	Κυρίτσης, Νίκος	el
dc.contributor.author	Kyritsis, Nikos	en
dc.date.accessioned	2022-11-04T08:03:57Z
dc.date.available	2022-11-04T08:03:57Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56082
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23780
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Φυσική και Τεχνολογικές Εφαρμογές”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/gr/	*
dc.subject	Θεωρία R-Matrix	el
dc.subject	Ανάλυση υλικών με δέσμες Ιόντων	el
dc.subject	Ανάλυση με πυρηνικές αντιδράσεις	el
dc.subject	Φασματοσκοπία ελαστικής οπισθοσκέδασης	el
dc.subject	Άνθρακας	el
dc.subject	R-Matrix Theory	en
dc.subject	Elastic backscattering analysis	en
dc.subject	Nuclear reaction analysis	en
dc.subject	Ion beam analysis	en
dc.subject	Carbon	en
dc.title	Μελέτη του συστήματος d + 13C στα πλαίσια των πυρηνικών τεχνικών EBS και ΝRA	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Πυρηνική Φυσική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-07
heal.abstract	Ο άνθρακας αποτελεί ένα από τα πιο σημαντικά στοιχεία όντας το 15ο στοιχείο με την μεγαλύτερη αφθονία στον φλοιό της γης. Η ικανότητά του να σχηματίζει ένα μεγάλο πλήθος ενώσεων έχει μεγάλο εύρος εφαρμογών στην βιομηχανία, ενώ αποτελεί κοινό στοιχείο σε κάθε οργανική ένωση. Ο άνθρακας 13C, με φυσική αναλογία 1,1% στον φυσικό άνθρακα, όντας χημικά πανομοιότυπος με τον φυσικό άνθρακα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ιχνηλάτης επιτρέποντας την μελέτη της κίνησης του άνθρακα σε διάφορες χημικές και βιοχημικές διεργασίες. Κατά συνέπεια η ακριβής ποσοτική μέτρηση της κατανομής βάθους του 13C και η δυνατότητα της μέτρησης και του 12C σε μια μέτρηση είναι αναγκαία σε ένα μεγάλο πλήθος εφαρμογών. Οι πυρηνικές τεχνικές ανάλυσης με δέσμη ιόντων (Ion Beam Analysis (IBA)) αποτελούν σήμερα τις πλέον κατάλληλες και αξιόπιστες μεθόδους για την εύρεση της κατανομής βάθους κάποιου στοιχείου σε ένα δείγμα, έχοντας ήδη βρει ένα πλήθος εφαρμογών στη PIGEβιομηχανία, την επιστήμη του περιβάλλοντος και στην πολιτισμική κληρονομιά. Οι τεχνικές αυτές χρησιμοποιούν μονοενεργειακή δέσμη φορτισμένων ιόντων σε ενεργειακό εύρος μερικών MeV. Η αλληλεπίδραση των σωματιδίων της δέσμης με τους πυρήνες του στόχου παράγει σωματίδια ή ακτινοβολία σε χαρακτηριστικές ενέργειες, από τις οποίες γίνεται η αναγνώριση και ο ποσοτικός υπολογισμός των στοιχείων του στόχου. Η αλληλεπίδραση των φορτισμένων σωματιδίων, είτε της φορτισμένης δέσμης, είτε αυτών που εκπέμπονται από τις αλληλεπιδράσεις δέσμης-στόχου, με τα ηλεκτρόνια του στόχου και η απώλεια ενέργειας τους κατά τη διαδρομή τους μέσα στον στόχο δίνουν πληροφορία για την απόσταση την οποία διέσχισαν μέσα στο υλικό, επιτρέποντας και την εύρεση της κατανομής κατά βάθος των στοιχείων σε μία μόνο μέτρηση. Οι επιμέρους τεχνικές IBA ανάλογα με την αλληλεπίδραση που ανιχνεύουμε και τον τρόπο ανίχνευσης είναι οι εξής: φασματοσκοπία οπισθοσκέδασης Rutherford (Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS)), φασματοσκοπία ελαστικής οπισθοσκέδασης (Elastic Backscatering Spectroscopy (EBS)), Ανάλυση μέσω Ανίχνευσης Ελαστικών Σκεδαζόμενων πυρήνων (Elastic Recoil Detection Analysis (ERDA)) και Ανάλυση μέσω Πυρηνικών Αντιδράσεων (Nuclear Reaction Analysis (NRA)), υποκατηγορία της οποίας είναι η Εκπομπή Ακτίνων Γάμμα μέσω δέσμης σωματιδίων (Particle Induced Gamma Emission (PIGE)). Κάθε μία από αυτές της μεθόδους έχει τα δικά της πλεονέκτημα και μειονεκτήματα, καθιστώντας την κάθε μία κατάλληλη για διαφορετικές μετρήσεις ανάλογα με το στοιχείο που είναι να μετρηθεί, τα υπόλοιπα στοιχεία στο δείγμα, την ακρίβεια και το βάθος που θέλουμε να μετρήσουμε. Για την περίπτωση της μέτρησης της συγκέντρωσης του 13C κατά βάθος οι τεχνικές NRA αποδεικνύονται ως οι καταλληλότερες. Η χρήση της PIGE εκμεταλλευόμενη τον λεπτό συντονισμό (Γ=75 eV) στα 1748 keV της αντίδρασης 13C(p,γ)14Ν είναι ιδιαίτερα καλή για τον προσδιορισμό του προφίλ του κατά βάθος με πολύ καλή ακρίβεια. Παρόλα αυτά, αυτή η μέθοδος δεν επιτρέπει τον προσδιορισμό με μία μέτρηση των υπολοίπων στοιχείων στο δείγμα και ιδιαίτερα του 12C που χρειάζεται, ανάλογα με τον σκοπό της μέτρησης για τον προσδιορισμό του λόγου των δύο ισοτόπων. Για αυτή την περίπτωση οι αντιδράσεις με δέσμη δευτερίων 13C(d,p0)14C 13C(d,t0)12C, 13C(d,a0)11B, 13C(d,a1)11B για τον 13C και 12C(d,p0)13C για τον 12C κρίθηκαν ως οι πλέον κατάλληλες. Όλες οι μέθοδοι IBA χρειάζονται για την εξαγωγή των αποτελεσμάτων τους πολύ καλή γνώση των ενεργών διατομών των αντιδράσεων. Ο αναλυτικώς υπολογισμός αυτών των ενεργών διατομών, με την εξαίρεση της περίπτωση των RBS και ERDA είναι αδύνατος, οπότε η χρήση αυτών των τεχνικών βασίζεται στην ύπαρξη πειραματικών δεδομένων για την κάθε αντίδραση που υπάρχουν στην βιβλιογραφία. Η αντίδραση 12C(d,p0)13C έχει μελετηθεί εκτενώς, το ίδιο όμως δεν συμβαίνει για τις αντιδράσεις του 13C με δευτέρια, όπου τα πειραματικά δεδομένα είναι περιορισμένα και παρουσιάζουν ορισμένες ασυμφωνίες μεταξύ τους. Οι αποκλίσεις μεταξύ των πειραματικών δεδομένων, καθώς και η περιορισμένη κάλυψη του ενεργειακού φάσματος και γωνιών ανίχνευσης καθιστούν απαραίτητο τον θεωρητικό υπολογισμό των ενεργών διατομών για την απόκτηση των πιο αξιόπιστων δεδομένων. Στην περίπτωση των χαμηλών ενεργειών, όπως έχουμε για την μέτρηση του 13C από δευτέρια ο κυρίαρχος μηχανισμός αντίδρασης είναι μέσω του σχηματισμού του σύνθετου πυρήνα. Το μοντέλο της R-Matrix είναι σε αυτήν την περίπτωση το πλέον κατάλληλο για την θεωρητική εξαγωγή των ενεργών διατομών. Στην παρούσα εργασία έγινε μελέτη των δεδομένων της υπάρχουσας βιβλιογραφίας για τις αντιδράσεις 13C(d,p0)14C 13C(d,t0)12C, 13C(d,a0)11B, 13C(d,a1)11B, στα πλαίσια του θεωρητικού μοντέλου της R-Matrix με την χρήση του κώδικα AZURE2 για ενέργειες δευτερίων στην ενεργειακή περιοχή 490-1650 keV, και για γωνίες ανίχνευσης 165°, 150° και 135°. Η παρούσα εργασία χωρίζεται σε δύο μέρη. Στο πρώτο μέρος θα αναλυθούν τα γενικά χαρακτηριστικά των μεθόδων IBA και θα σχολιασθεί η καταλληλότητα της κάθε μιας για τη μέτρηση της κατανομής βάθους των 12C και 13C. Στο δεύτερο μέρος θα γίνει μια παρουσίαση της βασικής θεωρίας πίσω από την R-Matrix, μια αναφορά στον κώδικα AZURE2 που χρησιμοποιήθηκε για τους υπολογισμούς, και τέλος η παρουσίαση των αποτελεσμάτων που παράχθηκαν στα πλαίσια αυτής της εργασίας	el
heal.advisorName	Κόκκορης, Μιχάλης	el
heal.committeeMemberName	Κόκκορης, Μιχάλης	el
heal.committeeMemberName	Διακάκη, Μαρία	el
heal.committeeMemberName	Βλαστού Ζάννη, Ρόζα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	false