1.) Milyen természetes radioaktív sorokat ismerünk?

232Th, 238U, 235U, 40K?, 

2.) Hogyan, mi alapján határozzuk meg a gránit urántartalmát?

A minta energiafüggő önelnyelődését, és a detektor energiafüggő hatásfokát figyelembe véve, a kapott energia-eloszlásnál a karakteresztikus csúcs alatti terület arányos az aktivitással, tehát a koncentrációval.

A=lambda*N

3.) Hogyan mőködik, és milyen típusú az általunk használt detektor?

Nagy tisztaságú germánium félvezető. A fotonok töltött részecské keltenek/kiszabadítanak (fotoeffektus, Compton, párkeltés), majd ez becsapódva a félvezetőbe elektron-lyuk párokat hoznak létre, ami a leadott energiával arányos áramlöketet indít. A félvezetőre nagyfeszültség van kötve, hogy becsapódást követően ne tudjanak az elektron-lyuk párok rekombinálódni, létrejöjjön az áramimpulzus. A nagyfeszültség miatt hűtve is van, hogy ne legyen alapállapoti zaj.

4.) Lehetne-e a fenti detektorral alfa- illetve béta-sugárzást mérni, és miért?

Bétát mindenképpen, alfát abban az esetben, ha az útja során elektront kelt/szabadít ki. Bármilyen esetben a végcél az, hogy elektronkeltés/kiszabadítás történjen.

5.) Ha 1 kg talajban 0,01% uránt találunk, hogyan kell kiszámítani az urán aktivitását?

lambda*6*10^23*moláris_tömeg/(1000g*0.0001) = A
lambda_238U = 0.6931/T_1/2

6.) Milyen adatok kellenek a mérésünkben az aktivitás kiszámításához? (képlet is)

Felezési idő, vagy bomlási állandó: lambda = 0.6931/T_1/2
Részecskeszám, vagy tömeg (tömeghez kell a moláris tömeg is).
A = lambda*N

vagy

A = N/(n*I*t)
ahol N a csúcs nettó területe, n a hatásfok, I az intenzitás, t a mért idő

7.) Miért van szükség nagyfeszültségre a germánium detektor használatakor?

Becsapódást követően ne tudjanak az elektron-lyuk párok rekombinálódni, létrejöjjön az áramimpulzus.

8.) Miért kell a detektort hűteni?

Nagyfeszültség miatt becsapódás nélkül is jelet kapnánk, tehát zajt.

9.) 0,119 g tiszta 238U-nak mekkora az aktivitása, ha a bomlási állandója (kerekítve) 6*10-18 s-1 ?

A = lambda*N, ahol N = 6*10^23*moláris_tömeg/0.119

10.) Mi a szekuláris egyensúly, és mi a feltétele?

Minden leányelem aktivitása megegyezik az anyaelem aktivitásával. Feltétel, hogy kisebb legyen a leányelem felezési ideje az anyáénál.

11.) Hogyan működik az amplitúdó-analizátor, mi a feladata?

Detektálja az áramimpulzusokat, és AD konverterrel nagyság szerinti eloszlást készít. 8192 csatornát szétoszt egy energiatartományon, majd ha jön egy beütés az adott energiatartományhoz tartozó vektorelembe, hozzáad 1-t. Sokáig csinálja, akkor kialakul egy eloszlás, ahol a relatív csúcsokat tudjuk vizsgálni.

12.) Hogyan kalibráljuk a mérési elrendezést (energiakalibráció)?

Egy előre ismert anyagot helyezünk a detektorba (232Th), aminek tudjuk a karakteresztikus energiacsúcsaihoz tartozó értékeit. Ezáltal kb. 4 ponton meghatározzuk az energiát, amit inter-, és extrapolálni tudunk.

13.) Lehetne-e a fenti detektorral béta-sugárzást mérni, és miért?

Lehet, mivel a létrejött egy elektron, ami becsapódhat a félvezetőn, ezáltal áramimpulzust keltve. Továbbá az elektron további elektronokat tud kelteni, vagy meglökni, de a lényeg, hogy mindenképpen keletkezik elektron. Fontosabb kérdés az energiája, ami a detektor érzékenység tartományában kell lennie.

14.) Hogyan hat kölcsön a detektorral a beérkező gamma-sugárzás, és hogyan függ ez az
energiától?

Fotoeffektus, Compton-szórás, vagy párkeltés útján keletkezik egy elektron, ami becsapódik a félvezető detektoron. A fotoeffektus, és Compton-szórás által keletkezett elektron energiája függ a y-fotontól, és az elektron energiája pedig aránylik az áramimpulzushoz.

15.) Két csúcsot találunk a spektrumban, amelyek ugyanahhoz az izotóphoz tartoznak.
Mindkettőre kiszámoljuk az aktivitást. Az egyikre 100±10 Bq, a másikra 112±5 Bq az
eredmény. Mennyi a két eredmény súlyozott átlaga, és annak hibája?

átlag = 100/(10*10)+112/(5*5)/(1/(10*10)+1/(5*5)) = 109.6
szórás = 1/(1/(10*10)+1/(5*5)) = 20

16.) A nettó csúcsterületre az eredményünk 200±10, a hatásfok pedig 0,02 ± 10%. Az
intenzitás az adott vonalra 0,5 és 20 másodpercig mértünk. Mekkora az izotóp
aktivitása a mintában?

A = N/(n*I*t) = 200/(0.02*0.5*20) = 1000 beütés/s
szórás_rel_A = sqrt(0.05*0.05+0.1*0.1) = 0.1118
szórás_A = A*szórás_rel_A = 111.8

17.) Mi az önárnyékolás és milyen nehézséget okoz a mérésnél?

A minta belsejében keletkező y-fotonok egyrészt kisebb térszögben "látják" a detektort, másrészt nagyobb anyagmennyiségen kell áthaladniuk, ahol energiát vesztenek, és más energiájú elektronok keletkeznek. Rontja a kísérletet, ki kell szűrni ezt a "zajt" amennyire lehet.

18.) Miért kell tudni a minta kémiai összetételét ahhoz, hogy meghatározhassuk az
urántartalmát?

A csúcsok nem minden esetben egyértelműek, mivel Gauss-görbét kapunk mindre. A csúcsok között lehet átfedés, ami miatt összekeverhetjük a csúcsokat, és más izotópot konkludálhatunk. Továbbá pl. a önárnyékolási zajnak köszönhetően félreérthető eredményeket is kaphatunk.

19.) A mintában a 214Bi aktivitására 1000±55 Bq, míg a 226Ra aktivitása 1500±75 Bq.
Hogyan magyarázhatjuk a különbséget?

A radon diffundál a levegőbe a grániton keresztül, emiatt más aktivitást detektálunk (1500-t kéne).

20.) Az egyik mintánkban csak az 235U gamma-sugárzása észlelhető, a 214Pb sugárzása
nem. Mi lehet ennek az oka?

Alfa-bomlások következtében csak 4-t ugorhat a tömegszám, továbbá béta-, és y-sugárzás 0-val változtatja. 214 sehogy se jön ki 235-ből ha 4-ket vonunk le, tehát 214Pb nem leányeleme 235U-nak.

21.) Milyen mesterséges és természetes izotópok mutathatók ki könnyen egy talajmintából
gamma-spektroszkópiával?

Természetes: 232Th, 238U, 235U, 40K.
Mesterséges: 137Cs