Ανίχνευση ραδονίου με την τεχνική Lucas Cell -Κατασκευή ανιχνευτών- δοκιμή μετρήσεων πολύ υψηλών συγκεντρώσεων  ραδονίου

Αργυρού, Σώτια; Argyrou, Sotia

dc.contributor.author	Αργυρού, Σώτια	el
dc.contributor.author	Argyrou, Sotia	en
dc.date.accessioned	2022-11-28T10:56:38Z
dc.date.available	2022-11-28T10:56:38Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56275
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23973
dc.rights	Default License
dc.subject	Ραδόνιο	el
dc.subject	Σπινθηριστής	el
dc.subject	Φωτοπολλαπλασιαστής	el
dc.subject	Δοχείο Lucas	el
dc.subject	Βαθμονόμηση	el
dc.subject	Radon	en
dc.subject	Scintillator	en
dc.subject	Photomultiplier	en
dc.subject	Lucas Cell	en
dc.subject	Calibration	en
dc.title	Ανίχνευση ραδονίου με την τεχνική Lucas Cell -Κατασκευή ανιχνευτών- δοκιμή μετρήσεων πολύ υψηλών συγκεντρώσεων ραδονίου	el
dc.title	RADON DETECTION USING "LUCAS CELL" TECHNIQUE - CONSTRUCTION OF DETECTORS - COUNTING TEST FOR VERY HIGH RADON CONCENTRATIONS	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Πυρηνική Τεχνολογία	el
heal.classification	Nuclear Engineering	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-07-22
heal.abstract	Η τεχνική μέτρησης συγκεντρώσεων Ραδονίου στον αέρα που είναι γνωστή με το όνομα "Δοχείο Lucas" ή "Lucas Cell" (LC), προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Lucas H.F. (1957). Ανήκει στην κατηγορία των απλών ενεργητικών μεθόδων μέτρησης συγκεντρώσεων Ραδονίου και θεωρείται ως μία από εκείνες με καλό βαθμό απόδοσης και κατάλληλη για τη διαπίστωση δυνητικά επικίνδυνων συγκεντρώσεων Ραδονίου. Το δοχείο LC είναι συνήθως κυλινδρικό. Η εσωτερική επιφάνεια του δοχείου καλύπτεται με λεπτή σκόνη από θειούχο ψευδάργυρο ενεργοποιημένο με άργυρο. Η ουσία αυτή συμβολίζεται με ZnS(Ag) και έχει την ιδιότητα να σπινθηρίζει (δηλ. να παράγει φως), αν προσβληθεί από -α ακτινοβολία. Το παραγόμενο φως έχει πιθανότερο μήκος κύματος 450 nm. Είναι γνωστό ότι το φυσικώς ραδιενεργό αέριο Ραδόνιο (Rn-222) και τα θυγατρικά του: Po-218, Po-214, Po-210, τα οποία ανήκουν και αυτά στη ραδιενεργό σειρά του U-238, διασπώμενα, εκπέμπουν -α σωματίδια. Στην περίπτωση λοιπόν, που σε ένα δοχείο LC περιέχεται Ραδόνιο, τότε όταν κάποιο από τα εκπεμπόμενα -α σωματίδια αλληλεπιδράσει με τον σπινθηριστή ZnS(Ag), θα παραχθεί ορατό φως (υπεριώδες ~450 nm), το οποίο στη συνέχεια διαδίδεται στο δοχείο. Αν το δοχείο έχει ένα διαυγές ή διαφώτιστο παράθυρο, το φως αυτό μπορεί να βγει από το δοχείο. Αν τώρα κοντά στο παράθυρο αυτό τοποθετηθεί ένας φωτοπολλαπλασιαστής που είναι ευαίσθητος στο μήκος κύματος του φωτός αυτού, τα σχετικά φωτόνια θα μετατραπούν σε μετρήσιμο ηλεκτρικό ρεύμα. Μετά από κατάλληλη βαθμονόμηση το ρεύμα αυτό μπορεί να συνδεθεί με την τιμή της συγκέντρωσης του Ραδονίου μέσα στο δοχείο LC. Η απόδοση της τεχνικής θεωρείται ικανοποιητική διότι από μία αλληλεπίδραση με τον σπινθηριστή ZnS(Ag) μπορεί να προκύψουν περισσότερα φωτόνια. Επιπλέον, η απόδοση ενισχύεται διότι για κάθε πυρήνα Ραδονίου που εκπέμπει -α σωματίδια μπορεί να υπάρχουν και θυγατρικά του που εκπέμπουν επίσης -α σωματίδια ενισχύοντας το σήμα. Το ηλεκτρικό σήμα που δημιουργείται από το σύστημα του δοχείου LC ως ανιχνευτή και του φωτοπολλαπλασιαστή οδηγείται σε κατάλληλες μονάδες πυρηνικών ηλεκτρονικών, όπου γίνεται η επεξεργασία του, ώστε να προκύψουν εκμεταλλεύσιμες πληροφορίες για την ανιχνευόμενη συγκέντρωση Ραδονίου. Στην παρούσα Διπλωματική Εργασία (ΔΕ) συγκροτήθηκαν διάφορα δοχεία LC. Όλα τα δοχεία βασίζονται στην ίδια γεωμετρία κυλίνδρου: τυποποιημένο διαυγές γυάλινο βάζο μαρμελάδας, ονομαστικού ύψους ~125 mm, ονομαστικής εξωτερικής διαμέτρου ~57 mm και ονομαστικού όγκου 255 cm3, με μεταλλικό πώμα στη μία βάση. Εφαρμόστηκαν διάφοροι τρόποι τοποθέτησης του σπινθηριστή ZnS(Ag) στα εσωτερικά τοιχώματα των γυάλινων δοχείων, με σκοπό την μελέτη βελτιστοποίησης της τεχνικής LC ως προς το βαθμό απόδοσης. Χρησιμοποιήθηκαν δύο βασικοί τρόποι τοποθέτησης του σπινθηριστή: (α) απευθείας επικόλληση στις εσωτερικές επιφάνειες του δοχείου σκόνης σπινθηριστή ZnS(Ag), (β) επικόλληση σκόνης σπινθηριστή σε φύλλα από διάφορα υλικά και εισαγωγή τους στο δοχείο σε κυλινδρική μορφή με την επιφάνεια με τη σκόνη να κοιτά στον άξονα του δοχείου. Στο σύνολο συγκροτήθηκαν έξι διαφορετικά δοχεία LC. Στο μεταλλικό πώμα, προσαρμόσθηκε κατάλληλη συνδεσμολογία σωληνίσκων για την είσοδο και την έξοδο Ραδονίου γνωστής συγκέντρωσης. Στην άλλη γυάλινη διαυγή βάση, η οποία δεν καλύφθηκε με σπινθηριστή εφαρμόσθηκε φωτοστεγανή σύζευξη του δοχείου με το φωτοπολλαπλασιαστή. Για τις δοκιμές των δοχείων LC, οι ανιχνευτές τροφοδοτήθηκαν με γνωστή συγκέντρωση Ραδονίου από έναν θάλαμο Ραδονίου όγκου ~2 m3 που βρίσκεται στο Εργαστήριο Πυρηνικής Τεχνολογίας. Η τεχνική αυτή, μέτρησης συγκεντρώσεων Ραδονίου, δοκιμάσθηκε για πρώτη φορά στο Εργαστήριο Πυρηνικής Τεχνολογίας στο πλαίσιο της παρούσας ΔΕ και τα αποτελέσματα κρίνονται πολύ ενθαρρυντικά. Η τεχνική αυτή θα χρειασθεί να διερευνηθεί περαιτέρω με μεγαλύτερη λεπτομέρεια σε επόμενη ΔΕ.	el
heal.abstract	The concentration of Radon in air could be measured using a technique of, which is known as "Lucas Cell” (LC)". This technique was first proposed by Lucas H.F. (1957). It belongs to the family of simple active methods of Radon concentration measurement techniques and is considered to be one of good efficiency. Moreover, this technique is appropriate for the detection of potentially dangerous Radon concentrations. Typically, the LC cell is of cylindrical geometry. Its inner surface is covered with a fine powder of ZnS(Ag), (silver-activated zinc sulfide.) This substance has the property of scintillating (i.e. producing light), when interacting with -a radiation. The produced light has a wavelength of about 450 nm. It is known that Radon (or Rn-222), a naturally radioactive gas, and its progeny: Po-218, Po-214, Po-210, which also belong to the radioactive series of U-238, emit -a particles upon their decay. In case where Radon is enclosed in an LC cell, the interaction of the emitted -a particles with the ZnS(Ag) scintillator, might produce visible light (ultraviolet ~ 450 nm), which in turn propagates through the cell. If the cell has a transparent or even translucent window, the produced light can find its way out of the cell. When a photomultiplier, sensitive to this emitted light wavelength, is placed near this window, the respective photons convert into measurable electric current. After an appropriate calibration, this current can be linked to the value of the Radon concentration in the LC cell. The efficiency of this technique is considered to be fairly satisfactory, because several photons can be generated with a single interaction with the ZnS(Ag) scintillator. Besides, the signal due to the emission of -a particles from each Radon nucleus, is also amplified from the -a particles emissions by Radon progeny, leading to an enhanced efficiency. The electrical signal generated by the LC cell (i.e. the Radon detector) and the photomultiplier is transferred to specialized nuclear electronics modules, where it is processed to obtain usable information about the detected Radon concentration. In the present Diploma Dissertation (DD) various LC cells were set-up. All cells were based on the same cylindrical geometry: a standardized transparent glass jar, height ~ 125 mm, outer diameter ~ 57 mm and volume ~255 cm3, with a metal cap. The ZnS(Ag) scintillator was applied in various ways in the inner walls of the glass cells, in order to study the optimization of the LC technique in terms of efficiency. The scintillator was applied in two different ways: (a) glued directly on the inner surfaces of the cell and, (b) glued onto sheets made of various materials and inserting them into the cell in a cylindrical form with the powder-coated surface facing at the at the cell axis. In total, six different LC cells were finally set-up. In the metal cap base of each cell, two small diameter tubes were connected to accommodate input and output of known Radon concentration. The transparent/translucent base of the glass cell, which was not covered with scintillator powder, was attached to a photomultiplier in a light-tight manner. For the LC cell tests, the detectors were fed with a known Radon concentration from a ~2 m3 Radon chamber available in NTUA's Nuclear Engineering Laboratory. This technique of measuring Radon concentrations, was tested for the first time in the Nuclear Engineering Laboratory within the framework of this DD and the results are considered very promising. This technique will need to be further investigated in more detail in a future Diploma Dissertation.	en
heal.advisorName	Πετρόπουλος, Νικόλαος	el
heal.advisorName	Petropoulos, Nick	en
heal.committeeMemberName	Αναγνωστάκης, Μάριος	el
heal.committeeMemberName	Ρούνη, Παναγιώτα	el
heal.committeeMemberName	Anagnostakis, Marios	en
heal.committeeMemberName	Rouni, Panagiota	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Πυρηνικής Τεχνολογίας. Εργαστήριο Πυρηνικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	139 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false