Tentamen Kernfysische Meet en Analyse methoden dd

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN
Faculteit Technische Natuurkunde
Tentamen Kernfysische Meet en Analyse methoden dd. 26 juni 2001, 9.00-12.00 uur




Doordruk formulieren gebruiken (schrijf bij voorkeur met balpen)
Volledige set inleveren (witte en groene blaadjes niet scheiden)
Vul u naam en adres in op de retourenvelop. U kunt dan daarin het witte
gecorrigeerde werk na ca. twee weken afhalen bij de secretaresse TIB, Cascade
gebouw kamer 3.14 (tel. 2474048)
Gebruik van boek of aantekeningen is niet toegestaan, van rekenmachine wel
Gegeven:
Waardering:  = 90 pnt
Opgave 1
a) 4 pnt
b) 4 pnt
c) 3 pnt
d) 4 pnt
Opgave 2
a) 4 pnt
b) 8 pnt
c) 4 pnt
d) 4 pnt
Opgave 3
a) 5 pnt
b) 5 pnt
c) 5 pnt
Opgave 4
a) 5 pnt
b) 3 pnt
c) 5 pnt
d) 7 pnt
Opgave 5
a) 5 pnt
b) 5 pnt
c) 5 pnt
Opgave 1
a) De afremming van een ion in een vaste stof kan op verschillende manieren
worden uitgedrukt. Geef de definitie in formulevorm inclusief de eenheid
waarin de grootheid is uitgedrukt van: de stopping power, de stopping cross
section en de mass stopping power.
b) Schets het verloop van de stopping cross section als functie van de energie.
Verklaar kwalitatief welke effecten het verloop van de kromme bepalen.
c) Waarom verschuift het maximum van de stopping cross section naar hogere
energieën bij een toename van het atoomnummer van het substraat?
Opgave 2
a) Geef de definitie van de “linear attenuation coefficient” voor gamma straling
in woorden en in formule vorm.
b) Welke fysische effecten dragen bij aan de “linear attenuation coefficient”?
In een kernfysisch experiment komt gammastraling vrij met een energie van 200
keV van 2 MeV en van 10 MeV. De opstelling wordt afgeschermd met lood. De
“linear attenuation coefficients ()” in lood zijn voor de verschillende energieën
Pb(200 keV)=9.1 cm-1, Pb(2 MeV)=0.55 cm-1 en Pb(10 MeV)=0.62 cm-1.
c) Welk fysisch effect geeft de dominante bijdrage aan  bij een gamma energie
van 10 MeV?
d) Geef de definitie van de halfwaardedikte en bereken de dikte van de
loodafscherming wanneer de intenstiteit bij elke van de drie gamma energieën
met tenminste een factor 1000 moet worden verlaagd.
Opgave 3
Een radioactieve bron zendt -deeltjes uit. Deze deeltjes worden gedetecteerd met
een systeem waarop het “non-paralysable” dode-tijd-model van toepassing is.
a) Leid af dat het verband tussen het gemeten aantal -deeltjes (m) in het
spectrum en het uitgezonden aantal -deeltjes dat in de detector terecht komt
m
(n) voor het “non-paralysable” model gegeven wordt door: n  
1  m
waarin  de dode tijd van het detectiesysteem per -deeltje is.
De bron zendt -deeltjes uit met twee verschillende energieën: 5 MeV en 6 MeV.
Beide deeltjes worden door het detectiesysteem ( = 2 s) verwerkt. De gemeten
telsnelheid van de deeltjes met een energie van 5 MeV is: m5MeV= 104 s-1 en de
gemeten telsnelheid van de deeltjes met een energie van 6 MeV is m6MeV= 103 s-1.
b) Bereken het aantal deeltjes van 5 MeV dat de detector bereikt (n5MeV) en het
aantal deeltjes van 6 MeV dat de detector bereikt (n6MeV).
c) In de meting is een achtergrond te zien van “pile up”. Omschrijf puls “pile up”
en geef een uitdrukking voor de telsnelheid van deze gebeurtenissen.
d) Bereken het aantal pulsen per seconde t.g.v. “pile up” die in het spectrum
terechtkomen.
Opgave 4
Voor het ijken van een röntgenfluorescentie opstelling is een preparaat
gefabriceerd met laagje Ag, een laagje Ti en een laagje Ni op een Si substraat. De
gedeponeerde hoeveelheden zijn gemeten in een RBS experiment met 2 MeV He
ionen. De bundel valt loodrecht in op het substraat en de verstrooihoek is 170. In
het experiment wordt een PIPS detector gebruikt met een openingshoek van 27,3
msrad en de opgeschoten dosis is 5 C hetgeen overeenkomt met 3,13 1013 He
ionen. Het gemeten spectrum is hieronder weergegeven.
Bij het uitwerken van het spectrum mag de oppervlaktebenadering worden gebruikt.
De kinematische factoren voor het verstrooien van een He ion aan Si, Ti, Ni en Ag
zijn: KSi=0,5657 KTi=0,7171 KNi=0,7626 en KAg=0,8630.
Opgave 5
a) In een PIXE experiment wordt een preparaat met een interne standaard
gemeten. In het bijbehorende PIXE spectrum zijn een aantal elementen
zichtbaar waaronder het element dat gebruikt is voor de interne standaard.
Geef een uitdrukking voor de concentratie van één van de elementen in het
spectrum uitgedrukt in de concentratie van het element dat gebruikt is voor de
interne standaard.
b) Geef de definitie van detectielimiet (“limit of detection”) en druk deze uit in I
(piekoppervlak) en B (achtergrond onder de piek). Hoeveel moet, in een
normaal PIXE experiment, de opgeschoten lading veranderen om de
detectielimiet een factor 10 te verbeteren.
c) Wat is een “Funny Filter” absorber en wanneer wordt deze gebruikt in een
PIXE experiment? Verklaar uw antwoord.
d) Gegeven een detector die bestaat uit een Si kristal met een dikte van 4 mm en
een dode laag van 0,5 m. Het venster van de detector is gemaakt van Be en
heeft een dikte van ongeveer 20 m. De energie die hoort bij de K-absorptie
kant van Si is 1,8 keV. Schets de detectorefficiëntie en geef aan in welk gebied
van de efficiëntiecurve de onderdelen van de detector (Si-kristal, dode laag en
venster) belangrijk zijn.