Nukleáris technika
Összefoglaló
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
