KJM 5900 Oppgave 5 - N?ytronaktivering av s?lv

• Neutron Source
• Thermal Neutrons
• Neutron Activiation
• In-Gowth Time
• Silver Isotopes
  

N?ytronkilden

I dette fors?ket skal vi benytte oss av en n?ytronkilde. De best?r av berylliummetall p? pulverform blandet med en 450 GBq (12 Ci) ²³⁸Pu kilde, som er en alfa-emitter. alfa-partiklene treffer berylliumkjernene og vi f?r kjernereaksjonen:

Kilden sender ut 3¡Á10⁷ n?ytroner per sekund. Vi ?nsker som regel ? vite hvor mange n?ytroner som treffer targetet v?rt, dette angir vi i antall n?ytroner som sendes ut per flate- og tidsenhet. Vi snakker gjerne om en gitt n?ytronfluks. N?ytronene som blir frigitt, har en middelenergi p? 4-5 MeV og kalles hurtige n?ytroner.

Termalisering av n?ytroner

N?ytronene med en middelenergi p? ca. 0,025 eV har en bevegelseshastighet tilsvarende molekylene i en gass ved 25¡ãC. Slike n?ytroner kalles termiske n?ytroner. N?ytroner med s? lav energi, har stor sannsynlighet for ? bli fanget inn av de fleste atomkjerner. Derfor ?nsker vi ? termalisere n?ytronene fra n?ytronkilden.

Siden n?ytroner ikke har elektrisk ladning, taper de heller ikke energi ved ionisasjon. De kan imidlertid st?te mot kjerner og dermed tape kinetisk energi. Fra st?tkinetikk kan det vises at mest energi blir overf?rt n?r to legemer med samme masse st?ter sammen. Materialer med h?yt hydrogeninnhold, som vann og parafin, er derfor gode moderatorer for n?ytroner.

P? grunn av st?tene, vil termiske n?ytroner bevege seg i alle retninger. Vi kan derfor betrakte dem som en gass som fyller moderatoren, men som har avtagende tetthet med ?kende avstand fra n?ytronkilden.

N?ytronaktivering

Plasseres et grunnstoff med en isotop M i en fluks av termiske n?ytroner, vil n?ytronene ofte for?rsake kjernereaksjoner av typen:

Vi f?r dannet en isotop av grunnstoffet med ett massetall st?rre enn den opprinnelige. Siden n?ytrontallet endres, kan den dannede isotopen v?re radioaktiv.

Kjernereaksjonen:

skrives normalt komprimert som:

n st?r for et n?ytron og den greske bokstaven gamma st?r for et gammakvant.

Dannelseshastigheten (F) er et produkt av n?ytronfluksen (¦µ), antallet kjerner av det aktuelle slaget som utsettes for denne fluksen (N_T, hvor T st?r for Target) og nuklidens reaksjonstverrsnitt (¦Ò) for den bestemte kjernereaksjonen. Reaksjonstverrsnittet er et m?l for reaksjonssannsynligheten, og er avhengig av kjernens indre oppbygning. Vi f?r dermed:

(1)

= antallet kjerner omvandlet pr. tidsenhet

= antallet kjernereaksjoner pr. tidsenhet

Dersom nukliden som dannes er radioaktiv og desintegrerer med desintegrasjonskonstant lamda, vil f?lgende differensiallikning gjelde:

(2)

Dette er et uttrykk for forandringen i antall nuklider av ^A1M som en til en hver tid har. L?sningen av (2) gir:

(3)

Der N₀ er antallet av den aktuelle nukliden ved bestr?lingstidens slutt.

Siden aktiviteten A = lamda x N s? kan vi skrive

(4)

Siden den dannede nukliden er radioaktiv vil antall dannede nuklider etter bestr?lingstidens slutt avta. Etter en tid t vil desintegrasjonshastigheten derfor v?re gitt ved:

(Legg merke til bruken av t i denne sammenhengen: t st?r for tiden etter bestr?lingstidens slutt, gresk tau betegner bestr?lingstiden, mens en stor T som indeks betyr target.)

Av (2) ser vi at for T >> T_1/2, er den maksimalt oppn?elige desintegrasjonshastigheten D_¡Þ = ¦Ò¦µN_T. Denne tilstanden kalles metning. Metningen beregnet som funksjon av bestr?lingstiden gir f?lgende resultat:

Vanligvis brukes f?lgende m?leenheter:

• phi :Fluks i n?ytroner cm^-2s^-1 (evt m^-2s^-1).
• sigma : Tverrsnitt i cm² (m²) eller barn. 1 barn = ?10^-24cm² (?10^-28m²)
• N_T : Antall atomer i target
• _A0 : Desintegrasjonshastighet ved bestr?lingstidens slutt (i Bq eller dpm).

S?lvisotoper

Dere skal bestr?le en s?lvplate i forskjellige tider. Desintegrasjonskurvene for de aktiverte s?lvplatene skal s? bestemmes (p? samme m?te som for ^234mPa i laboppgave C).

Ved ? analysere desintegrasjonskurvene skal tellehastighetene ved bestr?lingstidens slutt bestemmes og inngroingskurven tegnes opp.

Grunnstoffet s?lv best?r av to isotoper: ¹⁰⁷Ag (51,83%) og ¹⁰⁹Ag (48,17%). N?r naturlig s?lv bestr?les med termiske n?ytroner, er f?lgende kjernereaksjoner mulige: