Ανίχνευση και μέτρηση -α και -β ακτινοβολιών σε υγρά μίγματα με συσκευές υγρού σπινθηρισμού - Παραδείγματα χρήσης

Λέττας, Νικόλαος-Μάριος; Lettas, Nikolaos-Marios

dc.contributor.author	Λέττας, Νικόλαος-Μάριος	el
dc.contributor.author	Lettas, Nikolaos-Marios	en
dc.date.accessioned	2025-01-10T08:40:37Z
dc.date.available	2025-01-10T08:40:37Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60690
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.28386
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Μέτρηση ιοντίζουσας ακτινοβολίας	el
dc.subject	Μέθοδος υγρού σπινθηρισμού	el
dc.subject	Ολική -α και -β μέτρηση	el
dc.subject	Φαινόμενο σβέσης	el
dc.subject	Εργαστηριακή Διασύγκριση ALMERA	el
dc.subject	Measurement of ionizing radiation	en
dc.subject	Liquid scintillation method	en
dc.subject	Total -α -β measurement	en
dc.subject	Quench phenomena	en
dc.subject	ALMERA Intercomparison	en
dc.title	Ανίχνευση και μέτρηση -α και -β ακτινοβολιών σε υγρά μίγματα με συσκευές υγρού σπινθηρισμού - Παραδείγματα χρήσης	el
dc.title	Detection and measurement of -α and -β radiation in liquid mixtures using liquid scintillation instrumentation - Example usage cases	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	2024-07-19
heal.abstract	Είναι γνωστό ότι για την ανίχνευση και τη μέτρηση ιοντιζουσών ακτινοβολιών αναπτύχθηκαν από τα τέλη του 19ου αιώνα έως και σήμερα και συνεχίζουν να αναπτύσσονται διάφορες τεχνικές. Η κεντρική ιδέα όλων των τεχνικών είναι ότι πρέπει να υπάρχει μια κατάλληλη ύλη από ανιχνευτικό υλικό, με την οποία η ιοντίζουσα ακτινοβολία να αλληλεπιδρά και να παράγει ηλεκτρικά σήματα, τα οποία μπορούν να μετρηθούν. Η ύλη αυτή δεν πρέπει να είναι πολύ πυκνή διότι σε αυτή τη περίπτωση η ιοντίζουσα ακτινοβολία θα απορροφάται και τυχόν παραγόμενο σήμα θα χάνεται. Από την άλλη, η ύλη αυτή δεν πρέπει να είναι πολύ αραιή, διότι σε αυτή τη περίπτωση η ακτινοβολία δεν θα αλληλεπιδρά. Ως πρώτη τέτοια κατάλληλη ύλη βρέθηκε ότι είναι τα αέρια μέσα στα οποία έχει αναπτυχθεί ένα ηλεκτρικό πεδίο. Η ακτινοβολία αλληλεπιδρά με το αέριο, το ιονίζει, τα παραγόμενα ιόντα κατευθύνονται στα ηλεκτρόδια του ηλεκτρικού πεδίου και όταν συλλεχθούν από αυτά παρατηρείται ανιχνεύσιμος παλμός τάσης. Η μέθοδος αυτή είναι κατάλληλη μόνο για την ολική μέτρηση ιοντίζουσας ακτινοβολίας. Ως ολική μέτρηση ορίζεται αυτή η οποία μπορεί να πει ότι υπάρχει πεδίο ακτινοβολίας και εκπέμπεται σε συγκεκριμένο ρυθμό. Με τη πάροδο του χρόνου οι ολικές μετρήσεις με ανιχνευτές αερίου βελτιώθηκαν και μπόρεσαν να διαχωριστούν σε μεθόδους ολικής μέτρησης -α ακτινοβολίας, ολικής μέτρησης -β ακτινοβολίας και ολικής μέτρησης -γ ακτινοβολίας. Το επόμενο ουσιαστικό βήμα στην ανίχνευση και την μέτρηση ιοντιζουσών ακτινοβολιών ήταν οι στερεοί ανιχνευτές φωτονίων μικρής διακριτικής ικανότητας. Ο κυριότερος τέτοιος ανιχνευτής είναι ο κρύσταλλος NaI. Φωτόνια που αλληλεπιδρούν με τον κρύσταλλο παράγουν φως που ανιχνεύεται με φωτοπολλαπλασιαστή και μετατρέπεται σε ηλεκτρικό σήμα. Το σήμα που λαμβάνεται συνδέεται με την ενέργεια των φωτονίων που αλληλεπίδρασαν. Με τέτοιους κρυστάλλους, επιτεύχθηκε για πρώτη φορά η ανίχνευση και της ενέργειας των φωτονίων. Ακολούθησε η εφεύρεση του ημιαγωγού ανιχνευτή φωτονίων. Κατά την τεχνική αυτή, ημιαγωγός μεγάλου όγκου πολώνεται με τη βοήθεια υψηλής τάσης ώστε τα φορτία p και τα φορτία n να απομακρυνθούν μεταξύ τους και να δημιουργηθεί μια περιοχή κενή φορτίων. Όταν φωτόνιο αλληλεπιδράσει με αυτή τη περιοχή του ημιαγωγού, θα δημιουργήσει διατάραξη της κατανομής αυτών των φορτίων, η οποία με τη σειρά της μπορεί να μεταφραστεί σε ηλεκτρικό παλμό. Το πλεονέκτημα αυτού του ημιαγωγού ανιχνευτή είναι ότι μπορεί να ξεχωρίσει τις ενέργειες των αλληλεπιδρώντων φωτονίων σε επίπεδο ακόμα και 1 keV. Αντίθετα, η αντίστοιχη διακριτική ικανότητα των κρυστάλλων NaI είναι μόλις 40-50 keV. Το μειονέκτημα τόσο των κρυστάλλων NaI όσο και των ημιαγωγών ανιχνευτών είναι ότι δεν μπορούν να αλληλεπιδράσουν με -α και -β ακτινοβολία, η σωματιδιακή φύση των οποίων δεν επιτρέπει στην ακτινοβολία να εισέρθει και να αλληλεπιδράσει με την ύλη αυτών των ανιχνευτών. Το πρόβλημα λύθηκε με την εισαγωγή της μεθόδου υγρού σπινθηρισμού. Κατά τη μέθοδο αυτή υγρά δείγματα που περιέχουν ισότοπα ή στερεά δείγματα που περιέχουν ισότοπα και έχουν υγροποιηθεί με τη βοήθεια οξέων αναμιγνύονται με οργανικό υλικό που συμπεριφέρεται παρόμοια με το NaI, δηλαδή παράγει φως αλληλεπιδρώντας με την ακτινοβολία. Το οργανικό αυτό υλικό ονομάζεται υγρός σπινθηριστής. Επειδή τα ισότοπα στο μίγμα αυτό βρίσκονται σε απευθείας επαφή με τον υγρό σπινθηριστή, τα -α και -β σωματίδια που εκπέμπονται αλληλεπιδρούν μαζί του με πολύ καλό βαθμό απόδοσης και παράγουν φως που ανιχνεύεται εύκολα. Η μέθοδος ονομάζεται υγρός σπινθηρισμός και οι σχετικές συσκευές ονομάζονται συσκευές υγρού σπινθηρισμού. Στην παρούσα Διπλωματική Εργασία θα γίνει μία κατ' αρχήν γνωριμία με τη μέθοδο του υγρού σπινθηρισμού και τις σχετικές δυνατότητες που έχει το Eργαστήριο Πυρηνικής Τεχνολογίας του ΕΜΠ.	el
heal.abstract	It is well known that research for the detection and measurement of ionizing radiation has commenced at the end of the 19th century and continues up to this day. The basis of all techniques is similar. Matter used for the detection must be suitable in that it interacts with the ionizing radiation and that the interaction produces measurable electric signals. Such matter cannot be too dense because it will absorb the radiation and any produced signal will be lost. Such matter should not be of low density either, because in that case the radiation will just not interact with it. The first material that has been found to be suitable for the purpose of detection of ionizing radiation is simply a gas, within a DC electric field. Ionizing radiation causes ionization of the gas; subsequently a charged pair is produced. The ions travel towards the electrodes of the electric field, where they are being collected producing voltage pulses. This method can measure only the total radioactivity, which interacts with the gas. Total radioactivity measurement is defined as the detection of the radiation field and the measurement of the radioactivity rate per unit time. After this first achievement, further development of the method allowed for gas filled detectors to differentiate between measurements of total -α, total -β and total -γ radioactivity. The next big step in the detectors' R&D was the invention of solid state detectors with the ability to provide discrimination of incident radiation energy. The most notable such system is the NaI crystal. Photons that interact with the crystal produce light, which can be captured by a Photomultiplier Tube (PMT). The electric signal produced by the PMT is proportional to the energy of the photons that interact with the crystal and thus, for the first time, it was possible to measure photon energies. After the first solid state detectors, a big leap was accomplished with the introduction of the semiconductor photon detector. For radioactivity measurement a high volume semiconductor is polarized with high voltage. As a result, a region is created within the semiconductor with no charges (depletion region). When a photon interacts with this region, the charge of the semiconductor is altered and this can be measured in the form of an electric signal. The differentiating factor between this method and the NaI crystal is that this method allows for energy resolution of up to 1 keV, which is much greater than the energy resolution of 40-50 keV that a NaI crystal can provide. A big drawback of both methods is that neither of them can interact with -α and -β radiation, because these are particles and thus, they get absorbed before they can interact with the material of the detectors. The solution to this problem came in the form of liquid scintillation. Now, the radioactive material if not already liquid, can be liquefied with the help of acids and mixed with organic compounds which behave very similarly to the NaI crystal, in that they produce light when they interact with ionizing radiation. Therefore, the -α and -β emitting isotopes get in direct contact with the scintillating material in the liquid mixture and thus, the measurement is not only possible but also performed with high efficiency. The aim of this Diploma Dissertation is the presentation of the theoretical background of the liquid scintillation method and the reporting of the capabilities of the liquid scintillation instrumentation of the Nuclear Engineering Laboratory of NTUA.	en
heal.advisorName	Πετρόπουλος, Νικόλαος	el
heal.advisorName	Petropoulos, Nikolaos	en
heal.committeeMemberName	Αναγνωστάκης, Μάριος	el
heal.committeeMemberName	Anagnostakis, Marios	en
heal.committeeMemberName	Ρούνη, Παναγιώτα	el
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	180 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false