7.8 DÿÿÿCÿÿÿN ÿÿ NÿÿÿRÿN
1 0
1
3 0 0
235
10
3
2
7 maks
0
* 5
*
92
2 4
7 7 3
3
HT memasok memasok
HT
Gambar 7.36 Pengaturan penghitung proporsional multikawat
Partikel bermuatan yang dihasilkan sebagai akibat hamburan neutron atau reaksi nuklir yang dipicu oleh neutron, juga dapat dideteksi oleh detektor sintilasi. Scintillator kaca bermuatan litium digunakan untuk mendeteksi neutron. Scintillator plastik, yang memiliki kandungan bahan hidrogen tinggi, dapat berfungsi sebagai penghambur. Proton yang dipancarkan akibat hamburan neutron dicatat oleh detektor. Deteksi neutron, khususnya dengan detektor sintilasi, keberadaan latar belakang abu-abu yang besar seringkali menimbulkan masalah. Interaksi neutron dengan material apa pun, secara umum, menghasilkan fluks sinar g hampir 10 kali lebih banyak dibandingkan partikel bermuatan. Namun, perlindungan dan perancangan eksperimen yang tepat dapat menyelesaikan masalah. Misalnya, sinar g sekitar 1 MeV yang dipancarkan dalam fisi nuklir diserap hingga 90% oleh pelindung timbal setebal 5 cm, sementara hanya 0,1% neutron fisi diserap oleh timbal dengan ketebalan yang sama.
Bentuk pulsa elektronik yang dihasilkan dalam detektor apa pun bergantung pada bagaimana energi disimpan dalam detektor oleh radiasi. Karena jenis partikel yang berbeda menyimpan energi melalui proses yang berbeda, khususnya waktu peluruhan pulsa sangat berbeda untuk partikel yang berbeda.
Analisis elektronik terhadap pulsa detektor dapat digunakan untuk memilah pulsa yang dihasilkan oleh radiasi yang diinginkan. Ini disebut diskriminasi bentuk pulsa dan digunakan untuk menghilangkan latar belakang g dalam deteksi neutron dengan sintilator plastik.
Penentuan energi kinetik neutron lebih rumit dibandingkan dengan radiasi lainnya.
Counter diisi dengan CH4 atau Gas ini sensitif terhadap neutron berenergi tinggi karena proton atau partikel yang tersebar dapat terekam. Jika pencacah dioperasikan pada daerah proporsional, informasi tentang energi neutron yang datang juga dapat diperoleh.
Pada reaksi kedua, neutron termal memiliki kemungkinan besar untuk memulai fisi pada 235U yang menghasilkan produksi dua fragmen fisi berat yang masing-masing bermuatan tinggi. Fragmen fisi yang sangat terionisasi dapat dengan mudah dideteksi di ruang ionisasi. Ruang ionisasi dengan lapisan tipis 235U yang diperkaya pada katoda (disebut ruang fisi) berfungsi sebagai detektor neutron termal yang baik.
sebuah partikel dapat dengan mudah dideteksi baik oleh pencacah berisi gas yang dioperasikan di wilayah ionisasi, wilayah proporsional, atau wilayah GM. Pencacah berbahan bakar gas yang memiliki gas boron trifluorida sebagai gas pencacah sering digunakan untuk mendeteksi aliran neutron termal. Neutron cepat juga dapat dideteksi jika diubah menjadi neutron termal dengan melewatkannya melalui blok lilin parafin. Lilin parafin adalah moderator neutron yang sangat baik (bahan yang dengan cepat mengurangi energi neutron tanpa kehilangan banyak jumlahnya.) karena mengandung inti ringan (hidrokarbon). Sebagai alternatif, lapisan tipis boron pada katoda penghitung gas normal menjadikannya detektor neutron termal.
Metode yang sangat umum adalah dengan menggunakan teknik waktu pertarungan. Dalam metode ini, seperti namanya, waktu yang diperlukan neutron untuk menempuh jarak yang diketahui diukur, yang menghasilkan kecepatan neutron. Energi kinetik dapat ditentukan dari kecepatan dan massa neutron. Dalam percobaan sebenarnya, sebuah detektor tipis (katakanlah detektor plastik) dan detektor tebal yang menyerap total (sintilator cair) ditempatkan pada jarak beberapa meter pada jalur neutron. Perbedaan waktu antara pulsa neutron pada detektor tipis dan detektor tebal ditentukan dengan sangat akurat. Sirkuit elektronik cepat dapat menentukan perbedaan waktu sekitar 10-11 detik atau kurang dengan sangat akurat.
Dengan mengetahui jarak antara detektor dan waktu tembak neutron, maka energi neutron dapat ditentukan.
Pengecekan terhadap nilai energi yang ditentukan dari waktu terjadinya pertempuran dapat dilakukan dari pulsa detektor tebal yang mempunyai korelasi dengan energi neutron. Metode Time of Fight juga dapat digunakan untuk menentukan distribusi energi neutron. Distribusi waktu tempur merupakan replika dari distribusi energi.
Dalam percobaan sebenarnya, waktu terbang diubah menjadi pulsa elektronik dan dari distribusi ketinggian pulsa, distribusi energi neutron dapat ditemukan.
Radiasi dan Detektor Nuklir 309
4
7.9.2.1 Kamiokonade 7.9.1 Metode kimia
7.9.2 Detektor Cincin Cerenkov
- 114
+ +
48
2 ; Cd + =
misalnya + pada = 115Cd* = 115Cd + g
Reines dan Cowan menggunakan reaksi ini untuk mempelajari interaksi neutrino dengan materi. Mereka mengambil larutan kadmium klorida dalam air dan fokus pada emisi dua gas pemusnahan . Neu-tron yang dihasilkan dalam reaksi penyerapan kadmium mengeksitasinya ke keadaan tereksitasi yang dalam waktu singkat meluruh dengan memancarkan sinar 8 MeV g . Keberhasilan perekaman dua 511 keV g s dalam arah berlawanan diikuti dengan emisi 8 MeV g mengkonfirmasi interaksi neutrino.
pnb ; B
(i) Neutrino mengubah atom klor menjadi atom argon melalui interaksi arus muatan. Detektor klorin berisi tangki besar berisi karbon tetraklorida (kira-kira 470 metrik ton). Cairan tersebut dibersihkan secara berkala dengan gas helium yang menghilangkan argon. Helium kemudian didinginkan untuk memisahkan argon.
Detektor klorin telah digunakan untuk mempelajari masalah neutrino matahari. (ii) Anti-neutrino
berinteraksi dengan proton menghasilkan neutron dan positron. Positron mudah musnah dengan elektron yang memancarkan dua sinar g , masing-masing energi 511 keV dalam arah berlawanan.
Interaksi Neutrino yang lemah dengan materi menjadikannya sangat berharga sebagai pembawa pesan astronomi. Neutrino bergerak keluar tanpa terganggu melalui massa materi yang sangat besar dan tidak mengalami distorsi apa pun di medan magnet antarbintang. Sebagian besar neutrino yang melayang-layang lahir sekitar 15 miliar tahun yang lalu segera setelah kelahiran alam semesta. Neutrino baru terus-menerus dihasilkan di pembangkit listrik tenaga nuklir, pusat akselerator, ledakan supernova, tabrakan, dan kematian bintang. Ada tiga jenis neutrino. Neutrino dapat berinteraksi dengan materi melalui arus netral (Z-boson) atau melalui arus bermuatan (W-boson). Dalam interaksi arus netral, neutrino kehilangan sejumlah energi dan momentum namun tidak ada informasi tentang rasa yang tersisa. Dalam interaksi arus bermuatan, neutrino diubah menjadi lepton mitranya. Eksperimen berdasarkan metode berikut sedang dilakukan di tingkat internasional untuk mendeteksi dan mempelajari sifat-sifat neutrino.
Lepton bermuatan yang tercipta dari interaksi neutrino dengan materi dapat memancarkan radiasi Cerenkov dalam medium transparan jika mereka mempunyai energi yang cukup dan bergerak dalam medium dengan kecepatan yang lebih besar daripada kecepatan cahaya. Radiasi Cerenkov, umumnya berwarna kebiruan,
bergerak dalam bentuk kerucut. Detektor, seperti tabung pengganda foto, mendeteksi cincin melingkar berwarna kebiruan.
Jika dilihat oleh serangkaian detektor, pola cincin berwarna dapat memberikan informasi tentang arah gerakan, jumlah energi yang hilang, dan rasa neutrino yang bertanggung jawab atas pola Cerenkov yang terdaftar.
melacak radiasi Cerenkov.
ÿ¯+ = +
Ini adalah observatorium neutrino di bawah gunung Kamioka di kota Hida, Jepang. Observatorium ini berada 1000 m di bawah gunung. Tangki baja tahan karat berbentuk silinder dengan panjang 41,4 m dan 39,3 m
Tiga proyek besar – KAMIOKONADE, IMB, dan AMANDA – menggunakan rangkaian detektor besar untuk
7.9 DÿÿÿCÿÿÿN ÿÿ NÿÿÿRÿNÿ
1
7.9.2.2 Irvine–michigan–brookhaven (IMB)
7.9.2.3 Detektor muon dan neutrino Antartika arra (AMANDA)
ya ÿµ
Ini adalah proyek gabungan universitas Irvine, Michigan, dan Brookhaven untuk melacak neutrino.
Laboratorium tersebut berlokasi di tambang Fairport milik Marton Salt Company di tepi Danau Erie, AS.
Sebuah tangki kubik berukuran 17 × 17,5 × 23 m menampung 2,5 juta galon air ultra murni. Tangki ini dikelilingi oleh 2048 tabung photomultiplier (gambar 7.37).
diameternya menampung 50.000 ton air ultra murni. Dua susunan tabung fotomultiplier yang masing- masing terdiri dari 11.146 dan 1885 tabung mengelilingi tangki dan mencari cincin Cerenkov.
Observatorium melacak neutrino yang dipancarkan dari supernova 1987a.
Ini adalah teleskop neutrino yang terletak di bawah Stasiun Kutub Selatan Amundsen-Scott. Pada tahun 2005, setelah 9 tahun beroperasi, AMANDA secara resmi menjadi bagian dari proyek penerusnya, Observatorium IceCube Neutrino.
AMANDA terdiri dari modul optik, masing-masing berisi satu tabung fotomultiplier, yang ditenggelamkan di lapisan es Antartika pada kedalaman sekitar 1500–1900 m. Dalam tahap pengembangan terbarunya, yang dikenal dengan nama AMANDA-II, AMANDA terdiri dari serangkaian 677 modul optik yang dipasang pada 19 string terpisah yang tersebar dalam lingkaran kasar dengan diameter 200 m. Setiap string mempunyai beberapa lusin modul, dan dipasang dengan 'mengebor' lubang di es menggunakan selang air panas, memasukkan kabel dengan modul optik terpasang ke dalamnya, dan kemudian membiarkan es membeku di sekitarnya. AMANDA mendeteksi neutrino berenergi sangat tinggi (50+ GeV), yang melewati
bumi dari belahan bumi utara dan kemudian bereaksi ketika mereka berangkat ke atas melalui es Antartika. Neutrino radiasi
dari pancuran elektron Muon
Diproduksi oleh elektron Radiasi cerenkov
neutrino kerucut
dari muon yang dihasilkan Radiasi dan Detektor Nuklir 311
peristiwa neutrino menghasilkan beberapa kerucut dan oleh peristiwa muon neutrino
oleh karena itu cincin menyebar Elektron
neutrino
menghasilkan lingkaran yang terdefinisi dengan baik
dalam susunan detektor.
Elektron
mikro
berdering di pengganda foto
mandi
Gambar 7.37 Kerucut radiasi Cerenkov untuk peristiwa yang diinduksi muon dan elektron-neutrino
bank detektor.
Cerenkov
Radiasi cerenkov Muon
Ini adalah eksperimen Fermi Lab, AS. Seberkas muon neutrino diarahkan ke tangki berisi minyak mineral yang memiliki sifat kilau. Tangki sintilator dilihat oleh 1280 PMT. Detektor tersebut akan mampu mendeteksi neutrino berenergi rendah yang tidak menghasilkan radiasi Cerenkov.
Ini adalah eksperimen untuk mempelajari osilasi neutrino. Dua rangkaian detektor, yang terdekat di Fermilab dan yang lainnya berjarak 735 km di Minnesota, mendeteksi neutrino untuk mencari osilasinya.
Terletak 2 km di bawah tanah di Tambang Creighton Vale Inco di Sudbury, Ontario, Kanada menggunakan air deras.
Neutrino dapat memecah deuteron dalam air berat yang menghasilkan neutron, yang dapat diserap kembali sehingga menghasilkan semburan sinar g .
bertabrakan dengan inti atom oksigen atau hidrogen yang terkandung dalam es air di sekitarnya, menghasilkan muon dan hujan hadronik . Modul optik mendeteksi radiasi Cherenkov dari partikel-partikel terakhir ini, dan dengan analisis waktu tumbukan foton, seseorang dapat menentukan arah neutrino asli dengan resolusi spasial sekitar 2°.
Sebuah laboratorium bernama 'Indian Neutrino Observatory (INO)', untuk mempelajari sifat dan interaksi neutrino, akan dikembangkan di perbukitan Bodi-West di
pantai selatan negara bagian Tamil Nadu.
Kementerian Lingkungan Hidup dan Kehutanan telah memberikan izin kepada proyek tersebut. Lapisan batuan yang tebal (ketinggian sekitar 1000 m) akan menjadi filter alami untuk menghilangkan semua radiasi lain kecuali neutrino. Selain itu, elektromagnet yang sangat besar akan semakin menghilangkan latar belakang partikel bermuatan. Laboratorium ini diharapkan menjadi fasilitas internasional terkemuka untuk studi neutrino. Fasilitas yang menelan biaya
$270 juta ini akan menjadi fasilitas kelima di dunia (Gambar 7.38).
Osilasi neutrino adalah fenomena mekanika kuantum di mana neutrino dengan rasa tertentu terdeteksi dengan rasa yang berbeda saat ia bergerak. Osilasi rasa ini terjadi secara periodik. Osilasi neutrino dapat menyebabkan massa neutrino menjadi terbatas dan dapat mengakibatkan jatuhnya model standar.
Gambar 7.38 Usulan lokasi Observatorium Neutrino India
7.9.2.6 MINOS (Pencarian Osilasi Neutrino Injektor Utama) 7.9.2.5 MiniBooNE
7.9.2.4 Observatorium neutrino Sudbury (SNO)
7.9.3 Inisiatif ÿndian untuk studi Neutrino
Daerah tersebut karena kontras difraksi yang lebih tinggi dan reaktivitas kimianya dapat dilihat dengan mikroskop elektron resolusi tinggi. Gambar 7.39 menunjukkan foto-grafik jejak fragmen fisi pada SSNTD.
Selektivitas bahan pendeteksi disebabkan oleh 'kepadatan ambang batas minimum kerusakan', yang memiliki nilai yang jelas untuk setiap bahan dan di bawahnya tidak ada jejak yang dapat terbentuk.
Bahan isolasi yang berbeda sensitif terhadap jenis radiasi yang berbeda. Misalnya, polimer organik adalah bahan yang baik untuk partikel nuklir seperti ion hidrogen dan ion berat lainnya. Beberapa polimer organik bahkan menunjukkan jejak deuteron dan proton.
Karena biayanya yang relatif rendah, kemudahan penanganannya, pencatatan yang permanen, tidak memerlukan peralatan elektronik yang rumit, dan sebagainya, SSNTD banyak digunakan dalam fisika nuklir, geokronologi, kosmologi, biologi, altimetri burung, seismologi, analisis unsur, litografi, ilmu material, dan sebagainya.
Asam fluorida, dan basa kuat tergantung pada bahan detektornya. Jejak partikel setelah etsa dapat diamati dengan mikroskop optik biasa.
Partikel bermuatan berat yang melewati bahan isolasi mengionisasi atom-atom di sepanjang lintasannya membentuk daerah silinder yang berisi ion-ion bermuatan positif, yang saling tolak-menolak dengan keras. Ruang yang hampir berbentuk silinder di sepanjang lintasan partikel ini memiliki regangan yang terkunci di wilayah tersebut.
Meskipun jejak awal berukuran sub-mikroskopis, ukurannya dapat diperbesar, diperbaiki, dan distabilkan dengan perlakuan kimia, yang disebut etsa, dengan bahan kimia yang sesuai seperti NaOH, hidro-
Partikel bermuatan berat yang melewati padatan isolasi termasuk kristal, gelas anorganik, dan plastik menghasilkan jejak sub-mikroskopis yang dapat dilihat oleh mikroskop elektron resolusi tinggi. Daerah linier material yang rusak akibat radiasi disebut lintasan.
Keuntungan besar SSNTD, khususnya dibandingkan emulsi nuklir, adalah kemampuannya
mendeteksi partikel berat dan bermuatan tinggi seperti fragmen fisi, dengan efisiensi tinggi di hadapan latar belakang sinar g dan neutron yang besar. Namun, informasi waktu mengenai peristiwa yang direkam tersebut tidak dapat diperoleh dari SSNTD.
7.10.1 ÿmekanisme ÿrak ÿformasi
7.10 ÿÿÿÿD-ÿÿAÿÿ NÿCÿÿAR ÿRACÿ DÿÿÿCÿÿRÿ (ÿÿNÿD)
Radiasi dan Detektor Nuklir 313
Gambar 7.39 Foto lintasan fragmen fisi pada SSNTD
7.11 CÿÿÿÿÿNÿ ADÿÿÿCÿÿR
Jika jenis dan energi radiasi ingin ditentukan, detektor seperti pencacah proporsional, detektor sintilasi, dan detektor keadaan padat dapat digunakan. Dalam kasus seperti ini, ukuran atau ketebalan detektor menjadi sangat penting. Jelas sekali, ketebalan detektor harus lebih besar dari kisaran radiasi pada bahan detektor sehingga radiasi di dalam detektor benar-benar terhenti dan seluruh energinya disimpan di dalam detektor. Detektor dengan ukuran lebih besar memiliki efisiensi pendeteksian yang lebih tinggi, namun mungkin tidak bermanfaat jika radiasi berenergi rendah ingin direkam.
Misalnya, kristal 4ÿ × 4ÿ × 4ÿ NaI(Tl) sangat baik untuk merekam sinar 100 keV hingga sekitar 1,5 MeV g , tetapi jika diperlukan untuk merekam hanya 100 keV g s maka detektor yang lebih kecil ukurannya, katakanlah 1ÿ × 1ÿ × 1ÿ bagus.
Hal ini karena detektor yang lebih kecil akan memiliki efisiensi deteksi yang sangat kecil untuk energi g s tinggi dan efisiensi deteksi besar untuk energi g s yang lebih rendah. Akibatnya, g s berenergi rendah akan dideteksi dan direkam secara efisien oleh kristal kecil dan pada saat yang sama aktivitas latar belakang akibat tingginya energi g s yang ada di lingkungan akan sangat berkurang karena rendahnya deteksi. efisiensi detektor untuk sinar g berenergi tinggi . Karena alasan inilah detektor tipis digunakan untuk mendeteksi dan merekam sinar-X, b, dan partikel bermuatan lainnya.
Intensitas yang diharapkan (laju penghitungan) radiasi juga memainkan peranan penting dalam pemilihan detektor.
Jika intensitas yang diharapkan tinggi, maka digunakan detektor yang menghasilkan pulsa cepat dengan durasi pulsa rendah. Hal ini akan menghindari penumpukan pulsa. Modul elektronik cepat yang dapat menangani tingkat penghitungan yang tinggi diperlukan untuk digunakan dalam kasus seperti itu.
Beberapa eksperimen hanya memerlukan deteksi keberadaan radiasi dan menghitung jumlahnya dalam waktu tertentu. Penghitung GM sering digunakan untuk tujuan ini. Meskipun pencacah GM tidak dapat membedakan berbagai radiasi, namun pencacah ini memiliki efisiensi pendeteksian hampir 100%, setelah radiasi mencapai volume aktif pencacah. Penghitung GM jendela akhir lebih lanjut memfasilitasi masuknya radiasi berenergi rendah ke dalam volume aktif. Selain itu, penghitung GM kokoh, stabil, dan hanya memerlukan sedikit modul elektronik untuk pengoperasiannya.
Pilihan detektor tergantung pada jenis radiasi yang akan dideteksi, energi radiasi yang diharapkan, intensitas (jumlah radiasi yang diharapkan per satuan waktu) dan lingkungan di mana percobaan akan dilakukan. Secara umum, mungkin ada dua jenis pengaturan eksperimental; percobaan pertama dilakukan di luar sinar dan percobaan kedua dilakukan dalam sinar. Dalam percobaan off-beam, tidak ada berkas partikel yang dipercepat dan oleh karena itu, latar belakang radiasi yang tidak diinginkan tidak terlalu banyak. Latar belakang normal akibat sinar kosmik dan radioaktivitas alami dapat dilindungi menggunakan pelindung timah dengan ketebalan yang sesuai. Dengan demikian, dalam percobaan off- beam tidak banyak masalah mengenai kerusakan detektor di bawah latar belakang radiasi tinggi. Namun, dalam kasus eksperimen yang mengharuskan pengukuran dilakukan dalam pancaran, ketika berkas partikel yang dipercepat mengenai target, detektor khusus yang tidak rusak oleh radiasi latar yang tinggi perlu digunakan.
Dari pembahasan sebelumnya, jelas bahwa perencanaan percobaan yang tepat sangatlah penting. Faktanya, sebagian besar waktu simulasi komputer terhadap eksperimen dilakukan sebelum eksperimen sebenarnya dilakukan untuk memeriksa kesesuaian pengaturan eksperimen.
Latihan hal-7.16: Jelaskan cara kerja pencacah proporsional berisi gas, jelaskan proses penggandaan dan pendinginan gas. Mengapa counter silinder lebih disukai dibandingkan tipe pelat paralel?