Nukleáris technika

A természet megismerésében, törvényszerűségeinek megértésében kiemelkedő szerepe van a részecske- és a magfizikának. Sokszor csodálhatjuk az elméleti részecske- és magfizikusok szabadon szárnyaló fantáziáját, lenyűgöző, sőt gyakran meghökkentő ötleteit, gondolatait, amelyekkel meg akarják magyarázni az újonnan felismert törvényszerűségeket, megkísérlik rendszerbe foglalni a már meglevő ismereteket, s igyekszenek lehetőleg előre megjósolni az ismeretlen jelenségeket. Soha nem szabad azonban elfeledkeznünk arról, hogy minden elméletnek, minden kitűnő elgondolásnak, ragyogó ötletnek ki kell állnia a kísérletek, a gyakorlat próbáját. Minden elméletből annyit hihetünk el, amennyit kísérletileg igazoltunk. Sokszor azonban a kísérlet jár előtte az elméletnek: olyan "rejtvényeket" vet fel, amelyeknek megoldására az elmélettel foglalkozó kutatóknak kell erőfeszítéseiket összpontosítaniuk. A fizika története az elméleti és a kísérleti fizika dialektikus összefonódása. Így van ez a részecske- és a magfizikában is. Ebben a tankönyvben mag- és a részecskefizikai kísérletek technikájáról lesz szó. A különböző kísérletek elvégzéséhez különböző technikai berendezések széles körű fegyvertára és a méréstechnikai ismeretek széles skálája szükséges. A kísérleti technika nem idegen a fizikától, hiszen fizikai (vagy egyéb) törvényeket alkalmaz, tág teret nyújt - persze más szférában, mint az elméleti fizika - a fantáziának, igényli az ötletek gazdagságát. Előszó 13 Radioaktivitás 15 A radioaktív bomlás jelensége 15 A radioaktív bomlás általános törvényszerűségei 16 Radioaktív bomlási sorok 21 Az alfa-bomlás 26 A béta-bomlás 29 Az atommagok gamma-sugárzása 36 Radioaktív atommagok élettartamának kísérleti meghatározása 40 Hosszú élettartamok meghatározása 40 Rövid felezési idők meghatározása 42 Mössbauer-effektus 44 Sugárzás és anyag kölcsönhatása 50 Töltött részecskék és az anyag kölcsönhatása 50 Az elektronok és az anyag kölcsönhatása 55 A gamma-sugárzás és az anyag kölcsönhatása 60 Fotoeffektus 61 Compton-effektus 62 Párkeltés 66 Részecskedetektorok 69 A részecskedetektálás általános elvei 69 Gáztöltésű számlálók 71 Gyors részecskék gázokban 71 Lassú részecskék gázokban 71 Ionizációs kamra 73 Proporcionális számláló 75 Proporcionális kamra 77 Driftkamra 78 Geiger-Müller-számláló (GM-cső) 79 Szikrakamra 81 Streamerkamra 82 Cserenkov-számláló 82 Átmeneti sugárzási detektor 83 Félvezető detektorok 84 A félvezető detektorok alkalmazási területei 84 A félvezető detektorok működési elve és általános jellemzése 85 Alkalmazás 90 Szcintillációs számlálók 92 A szcintilláció jelenségének első alkalmazásai 92 Fotoelektron-sokszorozók (FES) 92 Szcintillátorok 98 A szcintillációs számláló felépítése 102 A szcintillációs számlálók felhasználása 105 Szilárdtest nyomdetektorok 109 Áttekintés 109 A szilárdtest nyomdetektorok tulajdonságai és néhány tipikus alkalmazásuk 112 A leggyakrabban alkalmazott detektoranyagok 114 Vizuális detektorok 115 A ködkamra (Wilson-kamra) 115 Diffúziós ködkamra 116 A magemulzió 118 A buborékkamra 119 Speciális területek 124 Részecskeazonosító módszerek áttekintése az alacsonyenergiájú magfizikában 124 A részecskefizika különleges módszereinek áttekintése 125 Neutrinó detektorok 128 A mérési adatok feldolgozása 132 Mintavétel, az események válogatása 132 Mérés 133 A regisztrált események fizikai interpretációja 135 Összehasonlítás az elméleti várakozással 136 Magspektroszkópia és tömegspektroszkópia 137 Magspektroszkópia 137 A magspektroszkópia célkitűzése és módszerei 137 Mágneses spektrométerek 138 Elektrosztatikus spektrométerek 145 Szcintillációs spektrométerek 145 Félvezető detektoros spektrométerek 146 Alfa-spektroszkópia 147 Béta-spektroszkópia 151 Gamma-spektroszkópia 154 Radioaktív izotópok bomlási sémáinak vizsgálata 160 Tömegspektroszkópia 164 A tömegspektroszkópia alapjai 164 Ionforrások 166 Energiaszelektorok 166 Impulzusszelektorok 168 Detektor 169 Atommagok relatív tömegének pontos mérése: a dublet-módszer 170 Neutronfizika 172 A neutron felfedezése 172 A neutron tulajdonságai 173 Energia szerinti osztályozás 173 Tömeg 176 Spin 177 Elektromos töltés 178 Mágneses dipólmomentum 179 Átlagos élettartam 181 Neutronforrások 182 Radioaktív források 183 Gyorsítós források 186 Reaktor 188 Neutronspektroszkópia 191 Lassóneutron-spektroszkópia 191 Gyorsneutron-spektroszkópia 194 Neutronok polarizálása 195 Polarizálás transzmisszióval 196 Polarizálás reflexióval 1965 Dinamikus polarizáció 197 Neutron Spin Echo módszer 198 Neutronok detektálása 199 A neutrondetektálás általános módszerei 199 Visszalökési detektorok 200 Magreakción alapuló detektorok 202 Hasadási detektor 204 Radioaktív indikátor módszer 205 Reaktorok, atomenergetika 212 Nukleáris reaktorfizika 212 A reaktorfizika alapvető kérdései 212 Maghasadás 215 Kritikus rendszer és kísérleti reaktor 236 Impulzusreaktorok 237 Késő neutronok, reaktivitás, reaktorok szabályozása 240 Erőművi reaktorok 244 Reaktorok osztályozása 244 A Paksi Atomerőmű 250 Erőművi reaktorok reaktivitás-viszonyai 252 Termonukleáris energiatermelés 257 Fúziós folyamatok 258 A fúzió megvalósulásának és hasznosíthatóságának feltételei 260 A plazmakísérletek és az elért eredmények rövid áttekintése 266 Fúziós reaktorok 277 Gyorsítók 279 A részecskegyorsítók szerepe és jelentősége 279 A lineáris pályájú részecskegyorsítók 280 Egyszerű részecskegyorsítók 280 A lineáris rezonanciagyorsítók 290 A ciklikus részecskegyorsítók 291 Egyszerű ciklikus gyorsítók 292 Az önfázis-fókuszáló gyorsítók 301 A gyorsítóberendezések fejlesztésének távlatai 308 Nehézionok gyorsítása 308 "Klasszikus" részecskefizikai mammutgyorsítók 308 Ütközőnyalábok, tárológyűrűk 312 Kollektív gyorsító 317 Magfizikai módszerek 319 Magfizikai módszerek alkalmazása 319 Modern felületvizsgálati módszerek 321 Fotoelektron-spektroszkópia 324 Kémiai analitikai módszerek 327 Ionimplantáció 328 Az ionimplantáció alkalmazásai 328 Rutherford-féle nagyszögű szórás 330 Csatornaeffektus 336 A Rutherford-visszaszórás és a csatornaeffektus néhány alkalmazása 338 Magreakció és rezonanciaszórás felhasználása felületanalízisre 341 Röntgenfluoreszcencia-analízis 344 Szerkezetvizsgálat röntgenabszorpcióval 346 Egzotikus atomok 350 Müonium 350 Pionium 352 Pozitrónium 352 Pozitron-annihiláció 354 Élettartammérés 355 Doppler-effektus mérése 360 Compton-szórás 364 Mágneses rezonancia 365 Sugárvédelem 368 A sugárvédelem feladata 368 Elméleti kérdések 370 Az ionizáló sugárzás dózisa 370 Dózismérés 373 Külső és belső sugárzás dózisszámítása 376 Sugárbiológiai alapfogalmak 379 Akut és krónikus sugárhatás az emberben 380 A megengedhető maximális dózis (MMD) 383 Gyakorlati sugárvédelem 386 Megelőzés 386 Munkahelyek sugárvédelmi ellenőrzése 391 Környezet-ellenőrzési módszerek 392 Aktivációs analízis 393 Az analitikai módszerek kialakulása 394 A neutronaktivációs analízis rövid áttekintése 395 A módszer lényege 395 Az aktivációs analízis érzékenysége 397 A módszer előnyei és korlátai 400 Zavaró magreakciók 401 A gamma-sugárzás mérése, gamma-spektrometria 403 A gamma-spektrum szerkezete 403 A gamma-spektrumok kvantitatív értékelése 404 A gamma-spektrometriás módszerek előnyei és korlátai 407 Kémiai elválasztások 408 Alkalmazások 410 Híradástechnika 410 Geokémia, kozmokémia 412 Biológia, orvostudomány 412 Ipari alkalmazások 414 A radioaktív izotópok néhány felhasználása 416 A radioaktív izotópok alkalmazásának kialakulása 416 Gyógyászati és diagnosztikai alkalmazások 417 Diagnosztika 417 Néhány alkalmazási mód címszerű felsorolása 420 Biológiai és környezetvédelmi alkalmazások 421 Biológiai alkalmazások 421 Környezetvédelmi alkalmazások 422 Trícium mérése folyadékszcintillátorral 424 Mezőgazdasági alkalmazások 425 Ipari alkalmazások 427 Ipari nyomjelzéstechnikai alkalmazások 428 Ipari mérés- és szabályozástechnikai alkalmazások 430 Radiográfiai vizsgálatok 433 Nagy sugárforrások ipari felhasználásai 434 Irodalom 437 Név- és tárgymutató 442 Fényképek a könyv anyagához 452