Historie jaderné spektroskopie

Prezentace na téma: "Historie jaderné spektroskopie"— Transkript prezentace:

1 Historie jaderné spektroskopie
1) První určování energie radioaktivního záření – objev a zkoumání podstaty radioaktivního záření 2) Počátek spektrometrie („éra magnetických spektrometrů, difrakčních spektrometrů …“) počátek zkoumání vzniku radioaktivního záření a struktury jádra 3) Nástup scintilačních detektorů a elektroniky (multikanálové analyzátory – začátek zlaté éry klasické jaderné spektroskopie, zkoumání řady vzbuzených stavů a přechodů v jádrech 4) Nástup polovodičových detektorů, bouřlivý rozvoj elektroniky – vrchol zlaté éry klasické jaderné spektroskopie – rozsáhlé katalogy vzbuzených stavů přechodů v jádrech pro srovnávání s modely, široký nástup aplikací jaderné spektroskopie 5) Složité 4pí sestavy detektorů, složité multikoincidence, „event by event“ zpracování – přechod k vysokým energiím, zkoumání velmi vzácných a jemných efektů (gigantické rezonance, superdeformované stavy, vysokoenergetická jaderná fyzika …). Široké využití aplikované jaderné spektroskopie. Završení klasické jaderné spektroskopie

2 1895 – objev Rentgenova záření (Roentgen)
Objev X záření a radioaktivity 1895 – objev Rentgenova záření (Roentgen) 1896 – objev radioaktivity H. Becquerel (pomocí fotografické desky) (při jeho detekci se využívá fluorescence, scintilace, fotogra- fických desek a později plynem plněných ionizačních komor) W.C. Roetgen 1900 – rozdělení záření alfa, beta a gama (E. Rutherford, P. Villard …) 1908 – plynem plněné detektory (E. Rutheford, Geiger) Proporciální čítače – určení energie při plném zastavení nabité částice (z doběhu částice) Záření gama – fotoefekt a zastavení fotoelektronu První rentgenovský snímek V původním Rutherfordově experimentu se částice alfa pozorovaly mikroskopem pomocí scintilace ZnS

3 První určování energie
(Zkoumání základních vlastností radioaktivního záření ) 1905 – W. Bragg, R. Klieman - měření doběhu alfa v plynu – různé doběhy → různé energie – diskrétní spektra O. Hahn, L. Meytner – absorpce beta v materiálu → není exponenciální → ne jedna energie, (chybný předpoklad exponenciálního poklesu monoenergetického svazku elektronů) O. Hahn, O. von Bayer - využití magnetického pole + fotografická deska → první magnetický spektrograf elektronů → komplikované spektrum James Chadwick spektrum beta je i spojité - definitivně potvrzeno až kalorimetrickým měřením C.D. Ellise a W. Woostera v roce 1927 Wilsonova mlžná komory ( C.T.R. Wilson) – energie z délky stopy Tvůrce mlžné komory C.T.R. Wilson a jeho první snímky částic alfa a beta

4 Začátek reálné spektroskopie
určení energie - Braggova difrakce na rovinách ve struktuře krystalu Max von Laue, W.H. a W.L. Braggovi Otec a syn Braggovi Max von Laue Laue diagram No 5 od – začátek spektroskopických prací Pohyb elektronů a alfa v magnetickém poli (alfa potřebují silné pole) První fokusující spektrometry beta 1914 – Energie gama měřená krystal difrakční metodou 1914 – Přesnost měření energie alfa ~ 1% Jeden z prvních krystal difrakčních spektrometrů (detekce ionizační komorou) – F.C. Blake, W. Duane, Phys Rev 10(1917)624

5 Začátek spektroskopie neutronů, scintilační detektory
1930 – 1932 objev neutronů W. Bothe a H. Becker (ostřelování Be, B nebo Li částicemi alfa). J. Chadwick - neutrální částice s hmotností blízkou protonové - neutron. detekce pomocí reakcí, určení energie z odraženého protonu 30. a 40. léta – umělé radioizotopy se stávají dostupné (Curiovi, E. Rutheford), první urychlovače 1944 – Curran, Baker vynalezli fotonásobič 1948 – NaI(Tl) scintilační detektor R. Höfstadter – vysoká efektivita, určení energie v širokém rozmezí spektra, FWHM ~ 7% daleko později další materiály (BGO, BaF2, plastiky …) R. Höfstadter a jeho článek o NaI(Tl) krystalech v Physical Review z r 1949 obrázek signálu ve srovnání se signálem z pulseru

6 Všeobecný rozvoj klasické spektroskopie
(scintilační detektory a magnetické spektrometry) Jedna z prací v oboru spektroskopie konverzních elektronů z 40. let, magnetický spektrograf, fotografická metoda Paralelně rozvoj - lepší magnetické spektrometry elektronů (lepší rozlišení než NaI(Tl)) přechody gama – pomocí paralelních konverzních - fotoefekt a určení energie fotoelektronu nevýhody - elektronické jednokanálové, malé tělesné úhly, větší energie → malé konverzní koeficienty - elektrostatické spektrometry Pokračují krystal difrakční spektrometry (rozlišení – pro 100 keV je FWHM ~ 1 eV velmi malá efektivita) velmi přesné měření velmi intenzivních linek – kalibrační standardy Výzkum struktury jader, vzbuzených stavů, přechodů …

7 Polovodičové detektory, rozvoj elektroniky
Rozvoj multiparametrických multikanálových analyzátorů – efektivní využití scintilačních detektorů, koincidence, časové charakteristiky, rozvoj elektroniky 1960 – Polovodičové detektory Ge(Li), rozlišení FWHM = 5 keV → 2 keV (velmi malá energie potřebná k produkci páru elektron díra ~ 3 eV) později Si(Li) složitá měření na svazku rozdělování na aplikace (lékařství, materiálový výzkum…) základní výzkum (výzkum struktury jader a mechanismu reakcí) ~ 1970 – HPGe – nemusí být stále na dusíkové teplotě, lepší rozlišení a efektivita, menší šum 1983 – USA skončily s komerční produkcí Ge(Li) detektorů 1971 – anticomptonovský spektrometr J.Konijn – potlačení comptonovského pozadí až o řád Současný komerční HPGe detektor firmy PGT Vrchol klasické spektroskopie, její dovršení a rozvoj aplikací

8 Komplexní elektronické experimenty → vysoké energie, vzácné jevy
80. a 90. léta – složité sestavy scintilačních detektorů: studium struktury jader – krystalové koule medicínské aplikace – PET kamery později kombinace HPGe (anticomptonovských) a scintilačních pro záření gama a „minipomeranč“ pro elektrony scintilační „sendviče“ z plastiku – identifikace různých nabitých částic (Nordball, Crystalball, Plasticball … Sestava HPGe detektorů JUROSPHERE Kombinace mnoha druhů detektorů pro různé typy částic Složité elektronické soustavy, supravodivé magnety „Event by event“, 4π detektory, vysokoenergetické a těžkoiontové experimenty (Plastic Ball) Plastic Ball v KVI Groningen Nové typy materiálů PbWO4, … Umožňují: Studium jevů s malou pravděpodobností, vysoké multiplicity, komplikované koincidence, vysoké energie … jaderná struktura - superdeformované stavy, gigantické rezonance, velmi přesná spektrometrie – hledání hmotnosti neutrina