THE SIXTH CONFERENCE OF CZECHOSLOVAK PHYSICISTS OSTRAVA 27. - 3 1 . S 19 7 9
CAST 1 SVAZEK 2
Pobočka JCSMF Ostrava
THE S I X T H CONFERENCE OF
CZECHOSLOVAK
PHYSICISTS OSTRAVA 27. -
3 1 . 8. 1 9 7 9
CAST 1 SVAZEK 2
<
i
\h Pobočka JCSMF Ostrava
08 - 07
i <
|
\y
DYNAMICKÁ POLARIZACE JADER FLUORU V OZÁŘENÍM POLYTETRAFLUORETYLÉNU A POLYTRIFLUORCKLORSTYLBNU V MAGNETICKÝCH POLÍCH 0,85 Á 1,8 T * Dynamic polarization of fluorine nuclei in irradiated polyt«trafluorethylene and polytrifluorchlorethylene in magnetic fields 0,85 and 1,8 T J.BURGEE, J.SÁCHA Fyzikální ústav ČSAV, Na Slovance 2, 180 40 Praha 8 Měření dynamické polarizace jader (DPJ) / I / prováděné námi již dříve / 2 / na ozářeném polytetrafluoretylénu v poli 0,85 T a při teplotě 4,2 a 1,4 K jsme rozšířili na měření na nově vy budované aparatuře pro DPJ pro stejné teploty v poli 1,8 T (použitá frekvence spektrometru elektronové paramagneticBké rezonance pro saturaci byla 50 Ghz, frekvence spektrometru ja iien-ié magnetické rezonance pro měření polarizace byla 77 MHz). Použili jsuie komerčního polytetrafluoretylénu dodávaného pod názvem teflon a polytrifluorci^loretylénu dodávaného jako teflex. Zhotovili jsme vzorky ve tvaru destiček 9x6x2 mm, které jsme ozářili elektrony střední energie 3,8 MeV v pulsech trvá ní 2,5 us s frekvencí 50 hz nebo 6,25 hz. Na základě výsledků práce / 2 / jsme se omezili jen na tuto formu vzorku a na velikosti ozařovficíph dávek 235 kJ.kg" a 450 kJ.kg" . Ozařování bylo provedeno při ivou vzdálenostech vzorků od výstupního okónka uryclilov-če a to '> a 20 cm, čímž se a-lnila při stejné I. /ce ozařov^cí doba, kter.l je zřejmě schopna ovlivnit druh Giv:entľaci vclnýcl: radikálň vznikajíc c h ozářyníra. Výsledky r- "í^l-ven í yals": 50 hz byly jo£ui nr-fsoivŕ ne S r. 6,25 hz, wváQíaie proto v dalSíra pouze výbír moření při 6,25 liz. V tabulce jf-oa Uwv ' .v i cinkly zvý'ijiil polarizace fí (poměr zvýše;ié p larizace k polarizaci dan<- .>ouze teplotou a magnetickým poláni f apinorařížkové relaxační časy T^ jader fluoruj jsou vysn%ľľ'eny hodnota magnetického pole, teplota, celková ozařodávka, vzdálenost vzorku od okénka a celková doba oasařoiři stejné ozsřovscí dávce a krátké ozařovací dobš není příliš výsit&čný rosdíl v E teflonu a teflexu. Prodloužení ozařovací doby vš ik znamená pro teflon zvýäení E, zatímco u teflex} je tomu naopak. Relaxační doby pro jádra fluoru v tefle-
r 08 - 07
E teflon
16
teflex teflon
12
teflex
10
teflon
24
teflez
14
1,8 0,85 T 4,2 K 4,^ K 1,4 K .Tt s 1.8 E T. e 1 235 kJ.kfif , 9 cm, 192 a 18 28 288 78 96 26 19 36 18 34 225 kJ.kg"*, 20 c«, 900 a 22 36 100 144 19 18 27 450 kJ.kŕ\ 20 cmr 1800 s 26 27 48 27
8
16 i
15
T
1,4 K
E . |?« a 40
312
35 50
60 350
32
60 •
xu jsou ve všech případech kratší než v teflonu, což je patrně způsobeno jinou skladbou vzniklých volných radikálů, při čemž není vyloučen i vliv případných nečistot. Z měření je patrné, že použití vyššího pole a snižování teploty vede ke zvýšení E, takže k využití teflonu j&ko terčíková látky by bylo nutné zvýšit magnetické pole aspoň na 2,5 I a snížit teplotu na 1 K, případně na několik desetin K. líoc.Ing.J.Teplému děkujeme za ozáření vzorků na lineárním urychlovači elektronů v Ústavu jaderného výzkumu v Řeži. /I/ Abr^gara A., Goldman M.: Reports on Progress in Physics 4JL (1978), 395 Jeffries C D . : Dynamic Nuclear Orientation, Interscience Publishers, New York, 1963 /2/ Burget J., Šácha J.: Piat* konferencia československých fyzikov, Košice 29.8.-1.9.1977, 652
i
08 - 09 VLIV OZÁŘENÍ NEUTRONY NA KRITICKOU TEPLOTU* Nb„Ge The influence of neutron irradiation on the critical temperature of NbgGe O. ŠEBEK, 3, STEHNO Fyzikální ústav ČSAV, Na Slovance 2, Praha 8, 180 4C Vliv záření na supravodivé materiály je studován z hlediska jejich použití v supravodivých magnetech zařízení pro jadernou syntézu* Byly studovány změny kritické teploty supravodivých vzorků Nb - Ge se složením blízkým NbgGe po ozáření neutrony. Vzorky byly ve formě tenkých vrstev katodicky napráše ných na korundovou podložku o rozměrech 2O x 1 mm s tlouštkou naprášené vrstvy několik ym [l]. Ozařování bylo prováděno ve vertikálních kanálech lehkovodního reaktoru VVRS v Řeži. Vzorky byly upevněny v hiiníkovéir držáku, který byl uzavřen do hliníkového pouzdra* Tepelný kontakt vzorků r>a pouzdro zlepšovala hliníková folie vyplňující ob j.e» pouzdra. Teplota vzorků při ozařování nepřesáhla 13 2 1 100 C, Neutronový tok v místě vzorků byl 2,3,10 cm sek " při daném výkonu reaktoru 6 MV, Energetické spektrum neutron-ú je takové, že neutronů s energie&i vyššími než 1 MeV je zhruba polovina* Byla zkonstruována sonda pro měření kritické teploty resistivní metodou se zabudovaným kalibrovaným odporem Allen-Bradley 100 51, 1/8 W pro měření teploty přechodu. Pro měření elektrického odporu sonda obsahuje čtyři přítlačné kontakty, aby bylo možno ozářené vzorky, které jsou radioaktivní, snadno a rychle vyměňovat. Elektrický odpor naprášené vrstvy byl měřen pomocí střídavého.kompenzátoru CRYO 4 [2] s měřicím proudem 10 uA. Z«#na elektrického odporu byla společně s odporem teploměru zaznamenávána na souřadnicovém zapisovači* Vlt\f ozáření neutrony na kritickou teplotu byl studován pro dávky rychlých neutronů 10 - 10 neutronů/cm . Výsledky potvrzují teoretické práce [3], které předpokládají, že snižování T po ozáření je způsobeno dělením řetězců atomů Nb v mříži, které jsou zodpovědné za supravodivé vlastnosti*
08 - 09
•f 0.1
10 dávka
-10
\.i obrátku j sou uvedeny níimi narerené body na Nb„Ge, pro poľovnňnj je uvedena teoretická krivka pro Nb„Sn prevzatá z [3], i] Ružička 3., Pracbaŕmá 0. 7 Hlavatý V.: Príprava supravodi\ycb vrstev Nb - Ge katodovým naprašováním, referát na této kou 1erenci j 2] Soukup F,: 2, čs, sympozium FTNTV Príhrazy 8.-11.10,1973 [3] Fánhle M., Kronmííller H.: 1, of Nucl # Mater, 72(1978) ,249
08-11
STUDIUM SILY PINNINGU V SUPRAVODIVÉ SLITINĚ Nb-Al-Ge MECHANICKOU METODOU A study of the pinning force in a supercoducting alloy Nb-Al-Ge using the mechanical method D, RBŽIČKA, 0. PRACHAŘOVA, S. ŠAFRATA, V. HLAVATÝ Fyzikálni ústav ČSAV, Na Slovance 2, Praha 8-Libeň, 180 40 D. G. ČIGVINAH7E Fyzikálni ústav AV GSSR, Tbilisi, SSSR Experimentální studium síly pinningi: v supravodivých materiálech se obvykle provádí elektrickou metodou, při níž dostatečně velký elektrický proud, procházející supravodičem, vede svými silovými účinky k postupnému odtrhávání linií magnetického toku od záchytných ^pinningových) center. Tím dochází k jejich pohybu, k následující disipaci energie a vzniku elektrického napětí podél supravodiče. Tato metoda je jednoduchá, ale její citlivost je omezena právě citlivostí měřicí aparatury. Značně citlivější metodou je přímé měření síly pinningu, spočívající v mrvení mechanického momentu, potřebného k natočení supravodivéiio vzorku v magn. poli z jeho výchozí polohy, v níž je dr-g./rad žen svazkem magnetických 0,10 silokřivek, zachycených na pinningových centrech* Podrobnější popis této metody je uveden v dřívější práci jednoho z autorů / I / . V našich dřívějších experimentech byl válcový v/orek ze slitiny Nb-Al-Ge o průměru 1 mm a délce 4 mm zavěšen na drátku o průměru O'r. 100 mikronů v poli supravodivé Helmholzovy dvojcívky, Zkrucováním drátku závěsu vzorku se vytvářel krouticí moment, působící na váleček, Z měření závislosti výchylky natočení mechanického systému OC a výchylky
08-11
vzorku z. výchozí polohy 0L£ (°br.l) lze při znalosti pruaých vlastflostí závěsu vypočítat celkovou sílu pinningu, kterou je vzorek, v daném poli držen v této poloze. Podrobnosti o experimentálním uspořádání a způsobu výpočtu síly pinningu budou uveřejněny jinde / 2 / . Ze získaných hodnot síly pinningu lze vypočítat kritickou proudovou hustotu j supravodivého vzorku ze vztahu F kde F značí sílu pinningu a ý»o'o elementární kvantum magnetického toku. Závislost takto získaných hodnot j rva magnetickém poli do 5 T je pro* vzorek N^Al Q 7750eQ 2 2 e; vyfjéáena V křivce 1 na obr, 2. Pro možnost poeovnání těchto výsledku s hodnotami, získanými elektrickou metodou je v obr* 2 vynesena křivka 2, publikovaná v naší dřívější práci / 3 / , Odtud je patrná poměrně dobrá shoda získaných výsledků* Mechanická metoda poskytuje možnost podrobnějšího studia pochodů při poObr. 2. stupném odtrhávání magnetických silokřivek z pinningovvch center. Literatura: /!/ ČIGVINADZE D. G.t ŽETF 63 (1972), 2144 / 2 / ChIGVINADZE D. G,, R B Ž I Č K A 0., ŠAFRATA S, . i'UA< HAŘOVÁ 1. HLAVATÝ V,, zasláno do Cryogenics / 3 / fifiŽIČKA J., Cryogenics _14 (1974), 435
15-04 ÚClHKr EOSICCKÍCH NBUTRIN Dynamical effects of the'universal neutrino field Z. HOBÍK Vietnamská 2, Praha 6 - Bubeneč 160 00 Prostredí složené s částic, které se podílejí na gravitační interakcit má zřejmě -vliv na gravitační pole těles. Problém je obecni dosti složitý a proto se (mezím na tělesa ponořená do homogenního neohraničeného prostředí a budu se zabývat dvěma jednoduchými případy (1) a (B). (A) Dvě klidná kalová tělesa se stálými hustotami p a ^ ' jsou obklopena klidným prostředím stálé hustoty p m , které nevniká do těles (je jimi vytlačováno). Za předpokladu dosti přesné platnosti principu superpozice je výsledná přitažlivá síla ? m mezi tělesy v poměru . slabftí než gravitační síla ? a ve vakuu* Odtud vyplývá platnost Archimedova zákona pro poměr síly působící v poli daného gravitačního centra na těleso v prostředí k síle působící na ně ve vakuu. Při tom se nepřihlíží k skutečnosti, že celý vesmír je prostoupen jistým prostředím složeným z rušných částic a záření, zejména elektronových a aionových neutrin a antineutrin f která se pohybují izotropně všemi směry rychlostí světla. Dynamické účinky těchto kosmických neutrin čili "neutrinového mofe*na hmotná tělesa jsou předmětem studia v části (B) • (B) Mějme dvě klidná kulová tělesa a konstantními hustotami f> Bf' , která jsou sama ve vesmíru naplněném neutriny, pro která mají tělesa velmi malé účinné průřesy ve srovnání s průřezy geometrickými. Pak jeou neutrina rozložena v celém vesm£ru, včetně vnitřního objemu těles, prakticky M ftojnou hustotou p y , která je kromě toho velmi malá proti hustotám p a p ' • Z obou těchto důvodů je zeslabení gravitační síly plypouz (1) v případě (A), zcela bezvýznamné v tomto druhém přímdě (B). Aviafc i při nepatrné absorpci kosmiokých neutrin eitaLesa navzájem odstiňují jistou velmi nepatrnou část neutrinovéjty záření a proto mezi nimi vzniká přídavná přitažlivá sílat;|iá' kterou upozornil již Le Sage flj a pokusil se tímto efekifem
IS' - Oá
;
I
Vysvětlit gravitační zákon Newtonův, ačkoli existence částic podobných kosmickým neutrinům byl& tehdy ryze spekulativní. Jednoduchou úvahou plyne, že při dosti velké vzdálenosti r mezi středy koulí s účinnými průřezy
> r < stoupá d^ zhruba 58 2 3 89 OsV 2
lineárně od Crio"5 8 Ä " " do Ä* 8 . 1G* c2« pro neutrina aod 3 8 2 8 2 5? 0,3 • lCf"* ca d o » 2 . ÍO"*' cm pro antineutrina. Na sákladě těchto odhadů lse usuzovat, že Le Sageova síla mezi dvěma nukleony je o mnoho řádů menší než gravitační, i když kvalitativně odpovídá Newtonovu zákonu. Kdybychom byli ochotni přijat Lc Sageovu teorii, která vylučuje Newtonovy síly mezi neutriny samými, platila by místo uvedených kosmologických kriterií pod63 2 2 " 6 3 HH mm2 n y •,, (% .2,35 . 1O" (3) 2
vyjadřující rovnost Le Stgeovy a Newtonovy síly mezi nukleony* Lze stěží očekávat, že by vztah (3) byl v souladu s atrofyzikálními poznatky* | G« L. Le Sage: Mém. de Berlin pour 1782(Berlin 1784) p.404 T 2l li. A. Budermaní Istrophysical Neutrinos, in Astrophysics. p.411* Reporte on Progress in Physics, W. A. Benjamin, New York - Amsterdam 1969 H. Praunfelder and N. II. Henley: Subatomic Physics, Prentice-Hall, New Jersey 1974, Sec. 11,12
J V
MEZIGALAKTICKÝ PRACH V KUPÁCH GALAXIÍ A RELIKTNÍ ZÁŘENÍ Intergalactic dust in clusters of galaxies and the relict radiation d. ŠVESTKA Katedra astronomie a astrofyziky MFF UK, švédská 8, Praha 5 - Smíchov. 150 00 Při interakci reliktního záření s horkým ionizovaným plynem prostřednictvím inversního Comptonova rozptylu může dojít ke změně jeho spektra [l]. Takováto změna spektra může nastat při interakci reliktního záření s horkým plynem v kupách galaxií, jehož přítomnost naznačuje pozorované rentgenové záření z těchto oblastí \2\. Ukazuje se, že největší změna teploty reliktního záření nastává v milimetrové oblasti spektra [3^J. Kromě inversního Comptonova rozptylu bude zřejmě v této oblasti dalším důležitým faktorem, který může ovlivnit spektrum reliktního záření, infračervené záření mezigalaktických prachových zrn v kupách galaxií. Výpočty ukazují, že intenzita záření mezigalaktického prachu v milimetrové oblasti může být za rozumných předpokladů srovnatelná se změnou intenzity reliktního záření způsobenou inversním Comptonovým rozptylem. Měřením změn teploty reliktního záření na různých vlnových délkách je v principu možné rozlišit oba vlivy a získat tak mezi jiným cenné informace o záření mezigalaktického prachu v milimetrové oblasti spektra. Za velmi zjednodušeného předpokladu, že kupa galaxií je zaplněna sférickými prachovými částicemi o poloměru a, teplotě T, prostorové hustotě n a účinném průřezu absorpce Q ( 3 / A ) / dostáváme, že intenzita záření prachových zrn v kupě je pro danou vlnovou délku úměrná QTa n a naměřené výsledky lze konfrontovat s nezávisle získanými údaji o chemickém složení, teplotě, rozměrech a prostorové hustotě zrn. Tyto údaje jsou však prozatím velmi chudé a bude třeba provést podrobnější výpočty stejně tak, jako nová dokonalejší měření na jejichž základě by bylo možné známé údaje upřesnit. V prvé řadě je třeba určit většinou neznámé hodnoty Q (a, A. ) v mm oblasti pro různé myslitelné materiály mezigalaktickych
15-05 prachových zrn. V horkém relativně hustém plynu v kupách galaxii budou dominantním mechanismem zahřívání zrn srážky s částicemi plazmatu. (Na rozdíl od mezihvězdného prostředí, kde rozhodující je záření hvězd). Teplotu zrn lze určit z rovnosti energie získané srážkami s částicemi plynu a spotřebované na zahřátí zrn a energie vyzářené. Pro mezigalakťické prostředí v centrálních oblastech kup galasií dostáváme T v 30 K C4J. Nejpravděpodobnější velikost prachových zrn v případě, že pocházejí z galaxií, odkud jsou vypuzována tlakem záření hvězd je 10 cm. (Poměr tlakové síly záření hvězd a síly gravitační je pro takováto zrna největší). Co se týče prostorové hustoty prachových zrn, jsou naše údaje nepřesné, lze se věak opřít o pravděpodobnou hodnotu mezigaláktičké extinkce a předpoklad stejného relativního- zastoupeni prvků v mezigalaktickéra prostoru a galaxiích. V kupách galaxií a obzvláště v jejich centrálních oblastech je navíc poněkud problematická životní doba prachových zrn vůči srážkám s částicemi horkého plynu £>J. U zrn o rozměru 10~*cmmůŽe též 8
za předpokládané teploty 1 0 8 K dojít k jejich destrukci elektrickými silami vzniklými akumulací značného kladného náboje. Literatura: [
Sjunjajev, R.A, a Zeldovič, Oa.B.: Astrophys. Space S« iV£» 301, 1969. [2j Sjunjajevč; R.Ä. a ZeldoviC, Ja^B. : A*trophys. Space Sci. 7, 3, 1970 . [*3] AiellOy S., Melchiorri, F. a Mencaraglia, F. : Astrophys. Space Se i. 53, 403, 1.978. [4] S|lk, 0. a Burké, CJ.R.: Astrophys. D, jl90f li, 1*78. [5] Burke; O.R. a Silk, 3.: Astrophys. 0. 19Q^ ^/ 1978.
15 - 07 NĚKTERÉ TYPICKÉ CHARAKTERISTIKY SLUNEČNÍCH iíRUFCÍ SPOJENÝCH G VÝRONĽM KOSMICKÉHO ZÄŽÍENÍ Some typical characteristics of solar flares with cosmic ray ejections L. KfilVSKÍ Astronomický ústav ČSAV, Ondrejov -u Prahy, 25165 Již od r.1946 věnujeme pozornost nejmohutnějším projevům sluneční aktivity a to erupcím s výrony kosmického a eubkosmlckéhó záření* Celková energie výronu (fotony,Částice,MHD nárazová vlna) činí během několika minut 1O 2 5 -1O 2 °J. Záhy po takové erupci, je zaregistrován monitory vzestup na hladině kosmického záření,nebo průnik částic aubkosmického záření do zemské atmosféry kolem magnetických pólů. V letech 1961-6? ae zjistilo /l/,že se takovéto erupce se svým časově-prostorovým vývojem sledovaným v čáře Kec (6563Ä) odíiBují od ostatních erupcí,mají tvar smyčkových kanálů (obr.l) a fáze urychlení částic (fáze 7) se nachází na počátku t.zv. exploslvňí fáze erupce. Erupce lze sledovat v řadě spektrálních čar,v letech 1968-73 byly pořízeny na »t roo^mských sondách přímo snímky erupcí v X-emisi a v některých čarách EUV-oboru, V roce 1967 /Z/ byla odvozena prostorová konfigurace Interakce dvou protikladných magnetický cli polí, která vede ke vzniku a rozvoji těchto erupcí. Na základě zahraničních a vlastních měření emisí z mimozemských sond a snímků erupčního jevu l*e si udělat představu nejen o prostorovém vývoji celého jevu a objemech jednotlivých částí,ale i o rozložení teplot a hustot /3/. Měřená Čárové emise y při těchto erupcí v době explosivní fáze doložila /3/,že v prostoru erupce dochází k řadě jaderných reakcí. 2 modelu konfigurace magnetického pole na kolnám * řezu erupčním smyčkovým kanálem je zřejmé (obr.l),že se zde rozvíjí řada nestabilit plasmy v topologii typu X (Nj a N 2 v místech u zakotvení smyček) a v uzavřené topologii typu 0 (N0-vrcholy smyček), fiada emisí spojených s termalisací trvá u těchto erupcí dlouho (přibl, 1-2 hod),fá*e urychlování spojená s tvrdou X-eraisí,"y emisí,rad.emisí GHz pouze kolen 10 min; shodná Časová jemná struktura tvrdé X-emise a GHz naznačuje,že trvání jednotlivě se rozvíjejících procesů nestabilit plasmy činí přibl. 2-10 sec a že jde o generaci směrovaných svazků urychlených částic /3/«
15 * 07 /I/ Křivsky* L.: Cosmic-ray flare of 1961 July 18 and Y-shaped stage of flares development as phase conditioning ejection, Nuovo Cimento S,X-27,4,1963,1017 / 2 / KMvský L.: The location of emission sources in the magnetic configuration of a large flares, VIII Czechosl* Sem.Plasma Phys.Techn.,1975,p.15 /3/ Křivsky" L.: Radio- and X-emisaion (and their polarisation) at the time of early phase of solar flare connected with y-line emissions, VII Czechosl.Lem.Plasma Phys. Techn.,1974,p.25 Gbr.l. fáze: 3
e a)
<J>
Jiír*
měkké
horká (zániková) SÍunee
vCákjna. erupce
3
ou .o o
(0 CXCO CO Q) I (U 0)
oc
nulová met!vrstva •o o
do +3 « O IX V-. E > <4I 0) 5) O ^í iHrH O 3«CD 5S •H N C C +J 0) (D
ee?
iH O
r-l
•O
pMbl. trvání
Í9M
protiklad, tnaqn. pple t\att fotosféru o(o min
koróny min
30-120
15 - 08 ČASTÍC V SLIIEČFŕCH ERUPCIÁCH BOHATÝCH NA Ke, Acceleration of Particles in He .3 - Rich Flares M. SLIVKA Ústav experimentálnej fyziky SAV,Moyzesova 11, Košice 040 01 URYCH£0VAIJIE
Pri skúmaní izotopického zloženia slnečných kozmických lúčov boli objavené t zv, "Slnečné erupcie bohaté na He-,"£l J, sprevádzané vysokými tokmi jadier skupiny Pe £ 2J .Pre objasnenie týchto javov bolo navrhnutých viacero modelov urýchľovania častíc v slnečných erupciách.Z týchto najlepšie vysvetľujú experimentálne merania model urýchľovania jadier He 3 a jadier ťažkých prvkov v dôsledku nelineárnych efektov v turbulentněj plazme, hlavne na ionozvukových vlnách, rozpracovaný L.G.líočarovom
a model L.A.Fiska, JV] • líodel L».A.Piska vysvetľuje urýchľovanie častíc v dôsledku plazmového mechanizmu založeného na vzniku obecnej nestability plaziay.IIajviac efektívne je toto urýchľovanie pre ióny ktorých cyklotronová frekvencia leží v blízkosti frekvencie vzbudených vín.líodel vysvetľuje prednostné zahrievanie Ke^,jeho prednostnú injekciu do oblasti urýchľovania, ako aj nadbytky jadier skupiny ClíO a Pe pozorované v slnečných erupciách bohatých na He 3 . L.G.Kočarov odvodil v £3j vzťah pre relatívny počet urýchlených častíc i-tého druhu: .
k. = 2,26 V8/V Tp exp (Vj/V^) f 2 [l - 9 ( V V J kde V ._
(1)
je rýchlosť zvuku
s j , V™ v je vtepelná 6 rýchlosť protónov V™ VJ ( s «/i.p m«) Ó integrál pravdepodobnostiip
Ďalej zavedieme relatívny koeficient obohatenia izotopu i vzhľadom k izotopu j: k
ki/;j = V ; j
^
Wa základe vzťahov (1) a (2) boli pomocou sanočinného poľíítaca, pre model L,A»PÍska, vypočítané relatívne koeficienty obohatenia izotopov He«,C12,P-g,Pecg a protónov vzhľadom k He^íoznaoené ako k3/A»ki2/4'ki6/4»k56/4 a k 1 / 4 ) p r e r ô z n e Pomery elektrónovej a iónovej teploty T-/T,- pričom príractky energie jednotlivých iónov v procese urýchľovania sa brali z práce |_4j •
15 - 08 Tieto sú vykreslené na obr.l v závislosti od času t.Na obr.2 sú vykreslené závislosti jednotlivých koeficientov obohatenia ako funkcia ^ e / T . v čase t=100• ITa základe týchto výpočtov môžeme urobiť nasledujúce závery: a/Ak predpokladáme j, že prahová rýchlosť urýchľovania je rovná zvukovej rýchlosti V_,potom pomocou Piskovho modelu urýchľovajiia môžeme dosiahnuť k,//*10^ a kjg/^lO #co je v súhlase s experiinentom.Pomocou tohto modelu je možné dobre vysvetliť koreláciu medzi obohatením SKL jadrami He-j a jadrami 2te. b/Relatívny koeficient obohatenia protónov a He^ k-j/4 s & rádové rovná koy4»co hovorí o tom,že v tomto modeli sú protóny rýchlejšie urychlované než ako to vyplýva a experimentu. c/Koeficienty obohatenia uhlíka kyslíka j g vzhľadom k g dosahujú v tomto modeli hodnôt 10 .Ak beHe. k 11 22 t. rieme do úvahy stupeň ionizácie C*| a 0*| potom vypočítaná hodnota prevyšuje asi o 1 rád experimentálne dáta .Pre ^ / Q ^ a k.16/4 v
nenáie ako 6 sú
d o b r e
á ahode s experimentom,
ť foo
ti
Ů
ŕ.
'
<# # 4o ##
m
m
119
"$
h
s
t
J
i
f
1. Anglin J.D.,Dietrich W.P.,Simpson J.A.,High Energy Phenomena On The Sunp 1973,p»315 2. Anglin J .D., Dietrich W.P., Simpson J.A.,Froc.XV.Int.Conf. Cosmic Rays,Bulgaria,1977 3. Ibragimov I.A.|Kočarov G.E.,£očarov L.G,,Preprint FTI AV ZSSR, Leningrad, 1978 4. Pisk l«A«,He~«Rioh Flares,A Possible Explanation,Preprint of University of New Hawg)oM re, December 1977
15 - 09 SEVER03IŽNÍ ASYMETRIE A HRANICE PRŮNIKU SLUNEČNÍHO KOSMICKÉHO' ZAZENÍ DO POLÁRNÍCH OBLASTÍ ZEMĚ. North-south asymetry and cutoff latitudes of solar cosmic rays in polar caps. S. FISCHER, L. HE0KRLÍK Astronomický ústav ČSAV, Budečská 6, Praha 2, 12C 23 Studium průniku slunečniho kosmického zářeni do polárních čapek má význam nejenom pro výzkum nabitých částic ze slunečních erupci, ale energetické částice provádějí též sondáž stavu magnetosféry a přinášejí informace o dynamických procesech ve vysokých šířkách Země, v ohonu magnetosféry a v meziplanetárním prostoru. Na podzim 1977 byla prováděna měřeni slunečniho kosmického zářeni identickou aparaturou T-P-2 (hlavni detekční částí byl teleskop ze tří křemíkových detektorů) současně'na dvou družicích: Prognoz-5 na eliptické dráze s vysokým apogeem (200000 km), která většinu času měřila za hranicemi magnetosféry v meziplanetárním prostoru, a Interkosmos-17 s nízkou kruhovou polární dráhou ve výšce 500 km. Zajímavé variace intensity slunečniho kosmického zá~ ření v magnetosféře byly registrovány Interkosmem-17 DO slabé sluneční erupci ze 12. října 1977, která byla zaznamenána v oblasti McMath 14979 mezi 01.47 - 01,56 UT a měla heliografické souřadnice N04 E02. Po začátku vzrůstu intensity částic v blízkosti Země se v dopoledních hodinách 12.10, vyvinula postupně výrazná asymetrie toku částic vrcholící ve 13 hod. UT, kdy byla na severní polokouli intensita protonô s energiemi 1,5-3,5 MeV zhruba o řád vyšší než na jihu, u protonů s energiemi 3,5-5 MeV a 5-18 MeV a Ä-částic 1,5-3,5 MeV/n dosahovala asymetrie hodnot 30-60%. Poté začala intensita v jižní polární oblasti prudce narůstat a kolem 16 hod. UT změnila asymetrie znak (s maximální hodnotou 15-25fó kolem 18 hod. v době maxima efektu vzrůstu intensity v meziplanetárním prostoru), načež od 2C hod* UT byla opět mírně vyšší intensita na severu. Prudké zvýšení asymetrie nastalo 13-10. mezi 8-18 hod. UT následkem rychlého poklesu intensity nabi-
15 - 09 tých částic v jižní polární oblasti. Zvláštností uvedeného případu jsou a) rychlé variace asymetrie s několika změnami znaku (bez zjevné korelace s planetárním indexem geomagnetické aktivity K p )í b) časový průběh intensity v severní polární oblasti se podobá proběhu v meziplanetárním prostoru, avšak píky intensity se v polární čapce projevují s rostoucím zpožděním (prakticky ih»ed kolem poledne 12.10,, se rpožděnim asi 30 min* v pozdějších hodinách a až o 90 min* později kolem poledne 13,10.); c) složitý charakter variaci intensity ne jižní polokouli. Variace intensity v oblasti severního pólu vedou k závěru, že na počátku vzrůstu pronikaly sluneční částice do polární čapky přímo z meziplanetárnilio prostoru, avšak postupně převážně difundovaly přes chvost magnetosféry ze stále větši vzdálenosti, která podle doby zpoždění mohla 13*10. dosahovat až kol&m 400 zemských poloměrů. Nejsou důvody předpokládat, že registrovaná asymetrie sever-jih byla způsobena anisotropii zářeni v meziplanetárním prostoru, složitý průběh intensity a jeji variace (zvláště na jihu) jsou určovány strukturou a dynamikou meziplanetárního magnetického pole a charakterem napojováni jeho siločar na siločáry zemského magnetického pole ve chvostu magnetosféry. Hranice průniku částic (prahové geomagnetické šířky) jsou ovlivňovány stupněm porušenosti zemského magnetického pole (korelace s K -indexem). V daném případě byly pro částice v energetickém intervalu 5-18 MeV/n, registrované ve směru přibližně kolmém na siločáry geomagnetického pole, metodou nejmenších čtverců určeny následující hranice průniku slunečních částic v závislosti na k a místním čase: místní čas hod.
2,8 - 3,5 . 13,6 - 15,4 . 16,6; - 17,5 »,5J - 7,1
prahová 64.4 64,0 64,4 64,8 -
geomag. šířka 0,9Kp 0,9Kp 1.0Kp
polární oblast sever
jih sever
jih
16 - 01 SPEKTROMETRIE NEUTRONŮ PRO tfCELY OCHRANY PflED ZJfflENÍSd Neutron spectrometry for the radiation protection purposes sources F, SPURNÍ, A.KfílVÄCOV/ tfstav dozimetrie záření ČSAV,Na Truhlářce,Praha 8,180 86 U řady jaderných zařízení představují významné riziko vnějšího ozáření pracovníků neutrony*Ty se v pracovních prostorách vyskytují zpravidla ve velmi širokém spektru energií,míra jejich možného účinku na energii závisí podstatně významněji než je tomu napr.u záření gama,Přitom však stále ještě nebyla nalezena taková metoda osobní dozimetrie,která by byla schopna poskytnout korektní informaci o ozáření neutrony ve všech důležitých oblastech jejich energií.Pro správnou interpretaci údajů všech existujících osobních dozimetrů je nutná alespoň globální informace o spektru. Jeho stanovení je ve většině reálných případů obtížné; metoda musí poskytnout pro obvyklé zdroje informaci o neutronech s energiemi od 10 do 20IíeV,hustoty toku neutronů a jim odpovídající příkony dávky,resp•dávkového ekvivalentu v lidském těle jsou velmi nízké.Prakticky jediná metoda,která je schopna tuto informaci poskytnout je tzv.Bonnerův spektrometr /1/.Jím se spektrum stanovuje na základě měření detektorem zpomalených neutronů umístěným ve středu různě velkých sfér z polyetylénu;spektrum se počítá poměrně komplikovanými výpočetními postupy /2/» Na našem pracovišti byl rozpracován uvedený spektrometr a provedena i jeho kalibrace /3/.Jsou používány sféry o průměrech 5,1Í6,4;7,6Í10,7Í12,7;20,3;25,4 a 30,5cm;detektory jsou proporcionální počítač plněný 5He(aktivní objem 0,8cmr} příp»detektory stop v pevné fázi v kontaktu s •*">U.K výpočtu spekter slouží dva odlišné programy;jeden je založen na metodě statistické regularizace,druhý hledá řešení jako linpá m í kombinaci zadaných modelových spekter. Pomocí popsaného zařízení byla stanovena spektra OKO
?
neutronů u a za stíněními zdrojů AmF ; *Cf,AraBe,Am(LiF+B+Be); generátoru neutronů T(d,n) fněkolika reaktorůjsynchrocyklo-
16 - 01 trónu StfJVjpokusili jsme se též o stanovení spektra neutronové složky kosmického záření.Iva obrázku 1 je pro ilustraci uvedeno spektrum neutronů v horizontálním kanále reaktoru SR 0.Celkově lze konstatovat,že metoda dobře vyhovuje účelům ochrany před zářením*Přestože principielně není schopna poskytnout informacijkterá^bý'byla zcela korektní v libovolně úzkém intervalu energií,jí poskytované globálrií dozimetrické charakteristiky dobře popisují míru rizika vnějšího ozáření neutrony a umožňují interpretaci údajů osobních dozimetrů* /1 /BRAMBLETT R.L.f EWING R.I.,BOMER T.W. :Nucl. Instrum. Methods 2(1960)„s. 1k . , ' " '• /2/NACHTIGAIL D,,BURGER G, :v!'ÍEopics in Radiation. Dosimetry"; red:Attix P.H.,Academie Press.Iíew York 1972; . s.385 ad, /3/SPURIíí F*tJ&IV£KOVÁ A. s Jaderná energie,- v tisku
we
Ĺ ~7 1 ~
i
g
I
-r It
Hu
ll-
*,; 1 ir
iř
u/ŕ***
.túŕT iiilíf1
it*
T «
*
0br«1:Spektrum neutronů v horizontálním kanále reaktoru &R 0.Měřeno pomocí počítače JHe,počítáno pomocí modelových spekter (A);resp,metodou statistické regularizace (B).
16 - 02 DOZIMETRIE PROTONŮ A NEUTRÓNU VYŠŠÍCH ENERGIÍ NĚKTERÝMI DETEKTORY PEVNÄ PifZE Higher-energy proton and neutron dosimetry with some solid state detectors íi SPURN*, P.PERIJICKA, K.TUREK Ustav dozimetrie záření ČSAV,Na Truhlářce 39/2a,Praha 8,18086 V poslední době neustále vzrůstá zájem o svazky částic vyšších energií nejen z hlediska samotného základního fyzikálního výzkumu,ale i pro slibné perspektivy jejich využití v.lékařství a biologii /1/,Pro tato, ale i jiná možná využití svazků,j e kromě základních metod dozimetrie (ionizační komory apod.) často potřebné a vhodné studovat charakteristiky svazků pomocí různých detektorů,založených na změnách vlastností látek v pevné fázi.K typickým představitelům detektorů tohoto typu patří termo-či fotoluminiscenční materiály a také tzv, detektory stop v pevné fázi (DSPP).Naše nedávné studie ukázaly celou řadu výhod detektorů tohoto druhu pro dozimetrii/2,3/ ,v této práci jsou uvedeny základní výsledky studia jejich chování ve svazcích protonů a neutronů vyšších energií. Experimenty byly prováděny ve svazku protonů /E=(600 -20)MeV/ a neutronů (E m Q =680MeV)synchrocyklotronu Laboratoře jaderných problémů StfJVjmonitorování bylo při ozařování zajišíováno ionizačními a aktivačními detektory a DSPP /4t5/» Byly studovány vlastnosti termoluminiscenčních materiálů (6LiP,*Li ř : í r P a ^LiF v různých formách, dále AlgO^ a CaS04:Dy a alumofosfátové sklo (Al-P sklo))jfotoluminiscenčního Al-P skla a DSPP jednak bez externích radiátorů nabitých částic, jednak v kontaktu s Au,Bi,Th a U.Byla studována odezva všech těchto detektorů,u luminiscenčních materiálů byla vyjadřována relativně k dávce absorbované ve svazku v lidské tkáni,u DSPP jako počet stop vytvářených za použitých podmínek zracování detektoru na jeden proton či neutron dopadající kolmo k povrchu. Základní závěry vyplývající z analýzy získaných výsledků lze zformulovat takto: ' 1.Všechny studované luminiscenční materiály jsou schopny obou svazcích podat korektní informaci o celkové dávce
16 - 02 absorbované od přítomných částic v lidské tkáni,a to v roasahu od 10"^do 10*Gy t tj»plně vyhovujícím pro celou řadu zmíněných, aplikací* 2. Také odezvy DSPP se pohybují v takovém rozmezí (viz tab.1), ze s ohledem na jejich další vlastnosti, je principielně myslitelné jimi stanovovat takové fluence částic,které odpovídají dávkám v lidské tkáni v rozmezí 10"^ až 10 Gy.Vzhledem k prahovému charakteru jejich citlivosti j é kromě toho možné na sáklade jimi poskytovaných výsledků provádět i přibližné rá-ikrodozimetrické analýzy- (LET-spektrometrie apod. )• i«í.,S2DL/fr J..SPUBKÍ i\tSŽCHk J . :"K v y u ž i t í elementárních č á s t i c v l é k a ř s t v í a b i o l o g i i " , • FZtf ČSAV a SAV,Í978 /2/SPtiR£nr P..L1EDI0JÍÍ R, .PORTAL G. tNucl. Ins trunuMethods , 1 , ((!s76) . ! s 7 6f)s»i65 i65 ./3/S'PUHIf/ P«,TURBK K. :JIticl.Track .Detection 1 ,(1977) ,s.189 /4/SP.Iffill? ?.,TJřLEK K».;Iíucl.Track Detection. ^,('1978),s.221 /5/PSBJřlCKA; P.,S?U3íJÍ P, :Health Physics (v "tisku) i-'ctektor podložní sic la
Radiátor
209B" 232
Th
Od e zva k neutronům
protonům (2, (5, (3,
3
2) .10-7 5)
(3 (3
P» 33 jO ří 2) .10-' (5,
(3 .7-0.4).10"
io
polyester
\S Y A u
iTitrst celu- s lozy YiĽ'S. j o "litrát celu- -a lezy iíod&k .'£} Poly&arbor átS Polyester
Í
3)
č
(S,2ÍO f 9).1O- 8 6
5 (5,OÍO,4).1O~
d. 7^0, 2) .10**
6
(6 ,5-O,£).io"*6
df 1Í0, D .i 0-5
(1 .4ÍO.D.1O-5
(7, 7Í0, 6).io-
(2,
2) .io-
8
-
-
Tabulka 1:0dezvy některých DSPP ve svazcích protonů a neutronů vyšších energií.
16 - 03 STANDARDIZACE ELEKTRONOVÝCH 3VAZK0 VYSOKÝCH .ENERGIÍ Standardization of high energy electron beans J. NOVOTNÝ,. Z. KOVXft Ústav dozimetrie záření ČSAV, Na Truhláře© 39/2a, Praha 8, 180 86 Urychlovače elektronů jsou v současné době využívány nejen k různým průmyslovým účelům, ale stále častěji též k léčbě nádorových onemocnění, a proto je otázkám dozimetrie a standardizace elektronových svazků věnována v posledních letech ve světě zvýšené pozornost. Také-,.7-'8ŠSR se na řadě Xé-'' kařských praeoviS? začalo vedle svazků záření X a ga*a ppuží vit k terapii i vysokoenergetických elektronů s max* energie. mi do 50 MeV. Tato práce poukazuje na současné možnosti;standard izace elektronových svezků lékařských ozařovačů na československých pracovištích z fyzikálního i terapeutického.hlediska a ha základní fyzikální parametry, které umožňují-porovnání jednotlivých svazků vysokoenergetických elektronů* Z fyzikálního hlediska je dostačující charakterizovat elektronový svazek hustotou toku energie nebo hustotou toku elektronů a nejpravděpodobnější energií elektronů ve spektru. Pro terapeutické účely je pak ještě nezbytné znát absorbovanou dávku a její distribuci v ozeřováném objektu a některé další parametry, které charakterizují svazek podrobněji. V tabulce jsou uvedeny základní fyzikální a terapeutické SKCIfMMf tltlTMMVttl S««É
«••
TIMNVflCIi
UH
16 - 03 parametry a metody jejich stanovení, vhodné pro specifikaci elektronových svazku. Podrobný rozbor terapeutických parametrů lze nalézt v práci /!/, Hustotu toku energie v elektronovém svazku lze stanovit kalorimetrickou metodou, která patří k základním standardizačním metodám. Grafitový kalorimetr s výměnnými absorbátory, vyvinutý v Ústavu dozimetrie záření ČSAV /2/,.dovoluje určit hustotu toku energie ve. svazcích elektronů 8 max. energií 5 až 40 lvi eV s nepřesností U Q 5 = 1 , 5%. Tímto kalorimetrem byla proměřena hustota toku energie pro nejčastSji užívané svazky a energie elektronů terapeutických betatronů OSTRON v ónko* logickém oddělení Nemocnice a poliklinikou v Chebu a SIEMENS v d stavu klinické onkológie v Bratislavo /2/# Ze změřené hustoty toku energie a užitím vztahů publikovaných dříve /3/ bylo možné stanovit i absorbovanou dávku v. grafitovém fantomu* Nejpravděpodobnější, a "Střední energie elektronů ve spektru byly určovány z hloubkových dávkových křivek, změřených pomocí ionizačních komor, termoluminiacenčních a filmových dozimetrů. Znalost střední energie a hustoty toku energie . umožňuje pak stanovení hustoty toku elektronů ve svazcích. Z terapeutických charakteristik elektronových svazků je nejdůležitější absorbovaná dávka v daném prostředí.Lze ji stanovit výpočtem opět z hustoty toku energie nebo přímým měřením. K měření dávky byla užita extrapolační ionizační komora z plexiskla, dovolující určit hodnotu dávky s nepřesností \jq=2'# prakticky v libovolném místě fantomu z plexiskla /4/. V současné době se provádějí ověřovací experimenty s prototypů" grafitového dávkového kalorimetru, který představuje další možnosti přímého a přesného měřeni absorbované dávky. /I/ NOVOTNÝ J., PERŇIČKA P.: Čs. radiologie (v tisku). /2/ NOVOTNÝ J., KQVÁft Ze, JANDSJSEK L.: Jaderná energie (v tisku). /3/ PEHNIČKA F., NOVOTNÝ J.: Výzkumná zpráva ÍÍDZ ČSAV 46/79. /4/ NOVOTNÝ J., JIROUŠEK. P., KLUMPAE J., JANDEJSEK L.: . Jaderná energie (v tisku).
16 - .04 •
MATEMATICKÍ POPIS REPÁRAÍNÍCH PROCES^ PÄI FRAKCIONCVAN&l OZAŘOVANÍ Mathematical description of reparation processes at fractionated irradiation M.Lokajíček, S.Xozubek, K.Prokeš Fyzikální ústav ČSAV, Ha Slovance 2, Praha 8, 180 40 KÓNZ-Ostrava, onkol.odd., Nádražní 1, Paskov, 73921 Onkologická klinika FN1, U nemocnice 2, Praha 2, 128 08 i
Zářeni X a gama ae od samého počátku po svém objevu stalo účinným prostředkem-v léčbě nádorových onemocnění. Léčebné., ozařování musí vfiak probíhat frakcionovaně. Výsledný biologický účinek je pak kombinací dvou rozdílných procesů: nifrivéhp účinku každé aplikované frakčni dávky a proliferačního procesuj který probíhá v době mezi jednotlivými frakcemi a jimi!se zničené buňky nahrazují zdravými. Hledání, optimálních ozařovacích schémat je až dosud založeno v podstatě na empirických zkušenostech. V poslední době se však kromě zmíněných typů zářeni začíná v léčebných aplikacích používat i jiných elementárních čásv*<. (elektronů, protonů, neutronů, těžších jader a v neposlední řadě i\áporných mezonů pí). K tomu, aby bylo možno provádět náležitě srovnávací studie, je třeba stanovit přesnější zákonitosti pro určováni výsledného biologického účinku; zejména je třeba vybudovat vhodný matematický model, jenž by náležitě odlišil vliv obou zmíněných základních procesů. První významný krok v tomto směru učinil v r. 1Q44 M. Strandquist /I/, kdy Ž ukázal, že křivky stejného účinku vyjadřující závislost celkové dávky na celkové ozařovací době jsou v logaritmickém měřítku reprezentovány přímkami. K dalšímu důležitému pokroku došlo v r. 1967, kdy F. Ellis / 2 / zavedl pojem tzv. nominální štandartní dávky (KSD), jež je určitou mírou výsledného biologického účinku. Lze psáti kde D
NSD * D . N ~ v . T " T , (1) je celková dávka, N počet frakčnich dávek a T
16 - 04 celková ozaŕovací dobs* AŽ do nedávna ae předpokládalo, Se. závislost na. N určuje míru destrukčního účinku a závislost na T podíl, proliferation procesů* Lze však ukázat, že tento předpoklad neodpovídá skutečnosti. Z podrobnější matematické analýzy Strandquistových závislostí vyplývá, že kumulativní biologický účinek vyjádřený počtem přežívajících buněk na konci ozařovací serie lze vyjádřit výrazem /3/ C8E (a) SN(1>,T). = e" kde d parametry parametry
a
«t + á
Parametry v parametrů y. a /3
= Ľ/N,
t = T/N
; . •' •.
popisují destrukční účinek, zatímco. /i účinek proliferačních procesů. a
t*
v rovnici. (1) jsou pak kombinací v » 1 -
. r
Parametry o L d a ť lze určit z křivek přežití pro daný typ buněk a daný typ záření, zatímco parametry tCt a ($ je možno stanovit z experimentálních údajů pro frakcionované ozařování. /I/ /2/
M.Strandquist: Acta Radiol., Suppl. 5 (1944), 1« F.Ellis: M o d e m trends in radiotherapy I (Ed.T,D.Deeley, CA.P.«řood), Londýn 1967, 34. /3/ K.LokajíČek et al.: Brit.J.Radiol. 52 (1979), v tisku.
16 - 05 ' KVANTITATlVNť DYNAMICKÁ SCINT1GRAF1E RYCHLE PROMĚNNÉ DISTRIBUCE RADIOAKTIVITY A KOREKCE MRTVÉ DOBY. Quantitative dynamic scintigraphy of quickly variable distribution of radioactivity and dead-time correction. V. ULLMANN, L. DUBROKA, V. HUSÁK, J. KUBA Radioisotopové oddělení KNsP, Vít. února 1790, 706 52 Ostrava Distribuci radioaktivity v nějaké sledované prostorové oblasti&itmůžeme popsat (obecně časově proměnným) skalárním polem A(x,y,z,t) . Scintigrafickým zobrazením {dvojrozměrným) A(x,y,z,t)-«^ f(rt.y,t) vzniká dynamická scintigrafická studie f(x,y f t) "jAfcjyjZjt), kde J" je operátor zobrazení* ' Histogramem hjguft) časového průběhu radioaktivity v určité zájmové oblasti RO1 rozumíme funkci
f(x,y,t) dx dy, t£0 (obr. 1,2,3g).
Provedeme transformaci f(x,y,t) «^&( x »y) časově proměnného pole dynamické studie f(x,y,t) na časově konstantní skalární pale R(x,y) 3 •popisující pomocí určitého parametru časovou závislost původního proměnného pole v každém bodě, R(x,y) =• G£f(x,y,t)J, kde G je určitý funkcionál přiřazující nějaké číslo každé funkci Času. Pole R(x,}i) nazveme "lokálně parametrickou prezentací dynamické studie pomocí parametrů R(x,ý)". Je to tedy zobrazeni vyšetřované o b l a s t i A v určitých dynamických pararaetrech R(x,y) charakterizujících časový průběh radioaktivity v každém bodě (příklad na obr.2 - ventilace 133-Xe z plic). correct for dead time T = 172{IS
obr. 1 ebr. 2 Je-li distribuce radioaktivity v oblasti Q časově periodicko se stojnou periodou T v každém bodě, bude i její dynamická studie periodickou funkcí času: f(x,y,t) ^f(x,y,t+k.T), k= 0,1,2, . . . . (rovnost platí a? na statistické fluktuace radioaktivního rozpadu). Fázovou dynamickou studií E/x,y,iJ takového periodického děje vytvořenou z N cyklů budeme rozumět lunkci E^(x,y,i) « \
f[x,y,t+(k-l).T], tC^O^T). Je to tedy synchro-
nně složená suma jednotlivých period. Fázovým histogramem H£g(t) této studie ze zájmové oblasti ROI budeme rozumět funkci
16 - C5 H?:(t) = II E.(x,y,tl dx dy, t € ^ ) , T ) , která vyjadřuje časový průběh radioaktivity v zájmové oblasti během jednoho cyklu (periody) - obr.3h, 4h-k. Pomocí běžného histogramu hp—ft) můžeme fázový histogram vyjádřit vztahem Hjjj(t) = }
h-^ft + (k-l) . T ] , t€T). Na obr.3 je ukázka
počítačové konstrukce fázových studií pro 3 zdroje 99m-Tc rotující na gramofonovém talíři rychlostí 78ot./min. v zorném poli kamery. PoLohovc synchronizační impulsy E byly vysílány z jazýčkového relé spínaného magnetem umístěným na talíři, 3a- studie v LIST-modu, 3b , c - božné snímky, 3d,e- fázové snímky z 60 cyklů, 3g- běžný histogram ze zájmové oblasti RO1, 3h- fázový histogram z 60 cyklů. Na obr.4 je příklad počítačové konstrukce fázových studií radiokardiografie s časovým rozlišením 0,01 s při použití fázové synchronizace z EKG. 4a- studie v LIST-modu, 4cprůběh periody během měření, 4e,f- příklady fázových snímků, 4h-k- fázové histogramy z 360 cyklů v zájmových oblastech podle 4g.
obr. 3
obr. 4
Korekce mrtvé doby u scmtigrafických obrazů nebo histogramů spočívá v násobení určitým korekčním koeficientem K(t) závislým na okamžité.m plošném integrálu celého obrazu. Scintigrafický detekční systém vykazuje většinou dvě komponenty mrtvé doby - paralyzabilní n=N.e" * ^ a nonparalyzabilní n=»N/ 1+N/Cn,, kde N je vstupní a n je registrovaná četnost. Výsledné chování je možno popsat vztahem n=N.e" > ^ tt lP/[l + N.e *^P. .(*£*-tmlpro t^yCp. Korekční koeficient K lze určit bud analytickým způsobem pomocí inverzních funkcí k uvedeným vztahům nebo pomocí metody "přídavného referenčního zdroje". Na o b r . l je ukázka počítačové korekce mrtvé doby při dynamické studii zdroje s lineárním růstem aktivity, l b bez korekce, l c - korekce analytickou metodou nonparalyzabilní, Id- korekce pomocí zdroje B vzatého jako referenční.
17 - 01 PROFILOVÁ AKALÝZA HEUTROHOGRAFICKÍCH SPEKTER
PRXSKOVÍCH
The profile refinement of neutron diffraction powder patterns v. ŠÍMA, J. TOUL Katedra fyziky kovů MPF UK, Pruha 2, Ke Karlovu 5, 121 16 Metoda profilové analýzy spekter elastického rozptylu tepelných neutronu na práškových vzorcích krystalických látek je známa zhruba 10 let /I/. Předností této metody je efektivní využití informace obsažené ve spektru, jež se obecně může skládat i a navzújerr se překrývajících reflexí. Umožňuje to plné zužitkovat výhody neutronové difrakce na prášcích proti měření na monokrystalech (zanedbatelná extinkce a vliv doménové struktury u magnetických látek, snadné korekce na vliv různých systematických chyb). Ila počítači ICL 4-72 OVC VS v Praze jsme v roce 1978 odladili fortraňovský program, jež je obecnější modifikací původního Rietveldova programu na profilovou analýzu neutronografických spekter. Popíšeme zjednodušeně Rietveldovu proceduru profilové analýzy a uvedeme možnosti námi odladěného programu* V každém bodě spektra počítač určuje příspěvky všech okolních braggovských reflexí a srovnává výslednou intenzitu s pozorovaným počtem pulsů. Strukturní parametry, jež určují teoretickou intenzitu, jsou fitovány metodou nejmenších čtverců, aplikovanou na rozdíl pozorovaných a spočítaných intensit ve všech bodech spektra, přičemž tento rozdíl je brán s váhou úměrnou převrácené hodnotě štandartní statistické odchylky naměřené intenzity. Braggovy reflexe jsou popsány Gaussovými křivkami, závislost jejich pološířek na Braggově úhlu je určena pomocí tří tzv. pološířkových parametrů /I/. Intenzita pozadí se zadává digitálně ve vstupním souboru. Odladěný program umožňuje zpracovat spektrum ze 4000 profilových intenzit, obsahující až 999 braggovských reflexí, přičemž to obecně může být neutronografické spektrum látky, jež má v triklinické elementární buňce v 30 krystalograficky různých polohách 4 typy atomů, z toho mohou být dva s magnetickým momentem. Lze fitovát až 46 parametrů (mřížkové parametry, po-
1 7
•;
^
"
0 1
lohy atomů v elementární buňce, obsazovací čísla, vektory magnetických momentů, izotropní á anizotropní teplotní faktory, pološířkové parametry a další parametry související s podmínkami experimentu) • Fitované parametry nemusí být nezávislé, jejich hodnoty, lze navzájem.vázat pomocí 4 lineárních nebo kvadratických vazbových funkcí* Takto lze stanovit jaderný a magnetický příspěvek neutronového rozptylu s omezením na magnetické struktury, jejichž elementární buňka je celistvým násobkem krystalové elementární buňky* Vlastní program se skládá $e dvou Částí, jež se sjíždějí nezávisle; První část slouží ke korigování intenzit vůči pozadí a současně ur&uje braggovské reflexe*, které mohou teoreticky přispívat k naměřené intenzitě* Výstupní soubor první části je použit jako vstupní soubor pro jetí druhé části programu, jež provádí vlastní fitování parametrů* Obě části programu se vyznačují, poměrně malou spotřebou strojového času, mají všek značné, nároky na velikost paměti* Výstupní soubor druhé Části programu obsahuje všechny ze spektra získané charakteristiky a lze jej použít pro grafické znázornění naměřeného a teoretického spektra* Používaný program velmi dobře splňuje nároky kladené na přesné vyhodnocení většiny neutronogramů práškových vzorků* V případě vzorků s velkou absorpcí (např* sloučeniny vzácných zemin) je nutno provést příslušnou korekci zpracováním experimentálních dat před vlastním provedením profilové analýzy /2/* Poděkování Je milou povinností autorů poděkovat Dr. E* Legrandovi z Belgie za laskavé poskytnutí kopie verze Rietveldova programu* /!/ RIBXVELD, H.M.: j* Appl. Cryst* 2, 1969, 65 /2/ ŠÍMA, V*- SECHOVSKÝ, V* - SMETANA, Z. - GRČSSINGER, F.: dosud nepublikováno
.17 - 02 POUŽITÍ ŘÍDÍCÍHO POČÍTAČE HEWLETT-PACKARD PŘI FYZIKÁLNÍCH EXPERIMENTECH- V ODDĚLENÍ JADERNÉ SPEKTROSKOPIE ÚJF ČSAV Physical experiments controlling by HP computer in Nuclear Spectroscopy department, Nuclear Physics Institute, Czech* Acad.Sci. J.ADAM, J.FRÁNA, A..KUGLBR Ústav jaderné fyziky ČSAV-, Řež 250 68 V oddělení jaderné spektroskopie je instalován systém HP 1000 s procesorem HP 21 MXE a diskovou pamětí HP 7905 o kapacitě 15 Mbyte slov. Operační paměí má 80K 1'6-bitovýeh slov. Systém je vybaven dvěmi ovládacími jednotkami (dálnopis ä alfanumerický displej), standardními děrnopáskovými periferiemi, řádkovou tiskárnou a grafickým displejem se světelným perem (vývoj ÚJP). Programy pro řízení experimentů a matematické zpracování výsledků byly z větší části vyvinuty původně pro starší počítač HP 2116B. Měření spekter záření gama Ge(Li) detektory Při měřeních spekter gama je využíván počítač jako paměí, vybavená přesnými hodinami a zobrazovacím zařízením. Je možné měřit až dvanáctitisíci-kanálová spektra. Maximální obsah kanálu je 65 536 impulsů, překročení tohoto obsahu je zaznamenáno ve vyhrazené oblasti paměti, takže kapacita kanálu ve spektru je prakticky neomezená. Program zobrazuje libovolný úsek spektra na grafický displtj, spolu s údaji o době měření. Průběžně zobrazuje zátěž Ge(Li) detektoru v počtu impulsů za sekundu. Experimentátor je kdykoli informován o stavu měření, cos je vý^pdné hlavně při studiu radioaktivních izotopů s krátkým poločasem rozpadu. Jinou variantou tohoto programu je sou* časné- měření tří stoektftr antikomptonovského spektrometru [lj . Měření přesných energií přechodů gama polovodičovými detektory, Vztah mezi energií kvanta gama, absorbované v detektoru Ge(Li) a výškou pulsu na výstupu detektoru je lineární. Do vztahu mezi energií kvanta gama a výstupním signálem analyzátoru vnášejí nelinearity elektronická zařízení, zesi-i lující velice slabý signál detektoru a převádějící jej na
17 - 02 číslicový údaj. Tyto nelinearity jsou závislé na kvalitě elektroniky i na konkrétních podmínkách měření a podstatně zaoršují možnost přesného určení energií záření gama v naměřenýcn spektrech. Bylo proto vyvinuto zařízení a vypracován program, pomocí nichž je počítačem zadáváno vysílání přesných kalibračních pulsů do elektronického řetězce zpracování signálu [2j. Tyto pulsy jsou vytvářeny velice přesným číslieově-aiaplitudovým převodníkem. Spektrum kalibračních pulsů je počítačem vydělováno do vyhrazené části paměti a umožňuje pak získané výsledky korigovat na nelinearity zařízení. Měření spekter konverzních elektronů cyklickou metodou na železném ra&gnetickém spektrometru* V tomto experimentu program zadává v předvolených časových intervalech (rozmezí 0.1-100 sekund) hodnotu proudu budícího magnetické pole spektrometru a tím i energii elektronů dopadajících do Gli - počítače v ohnisku spektrometru. Magnetické pole se poměrně rychle mění v zadaných mezích v opakujících se cyklech. Takto lze vyloučit korekce na rozpad zdroje, časově proměnné pozadí a jiné nestability při výpočtech relativních intenzit elektronů vnitřní konverze £3^. Experimentátor může kdykcli během měření využít k zobrazení získaného spektra elektronů grafický displej. PoČítao je ovládán řídícím operačním systémem RTE III, umožňujícím práci s více programy současně. Zpravidla pracuje jeden program záznamu spekter gama s vysokou frekvencí dat (*wiO! s*"*}, program řízení magnetického spektrometru s tokem dat maximálně 10^ s a v pozaäovém čase i několik programů matematického zpracování výsledků experimentů. Výsledky měření slouží jednak základnímu výzkumu vlastností atomových jader, jednak aplikacím v jiných výzkumných oborech nebo v prů* rayslu (aktivační analýza).
jy,
I [l] J.Adam,B.Kracík,A.Kugler,J.Hoffmann: Sborník této konference [2J J.Adam,V.Hnatowicz,J.Zvolský,A.Kuklík,J.Jursík: XXVIII. všesvaz.konf• o jad.sp., Alma-Ata, 1978, str. 498 [3] 0.Dragoun,V.Brabec,V.Feifrlík,A.Kuklík,i1.Duda: Nuclear Inatr. and Meth. 116 (1974) 459-464
19 - 02
VYUŽITÍ bIFRaKCli NÍÍUTUONB FRČ ťÄZOVOU A TEXTURNÍ Use of neutron diffraction for phase and texture analysis Z. Jliiäk Fyzikální ústav Č S A V , Na Slovance 2, 18C 40 Praha b S. Vrt.iTISLAV Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT, Povltavská, 180 00 ťraha 6 Neutronografická strukturní a texturní analýza jsou metody analogické rentgenografickým metodám. Hlavními obory jejich použití jsou zejména určování poloh, lehkých iontů v látkách (napr. H, L i ) , studium látek obsahujících ionty s blízkými atomovými čísly a studium magnetické struktury* Některé další aplikace vyplývají z malé absorpce tepelných neutronů ve většině látek a z velkého průřez^ jiautronového svazku (několik cm ) , To umožňuje studovat masivní vzorky o objemu několika 3 ' »\ cm , přičemž se přímo získávají, průměrné údaje o struktuře nebo přednostní orientaci celého vzorku (tedy nikoliv jen povrchové vrstvy. To má význam hlavně pro studium hrubozrnných nebo nehomogenních materiálů. Tvar vzorku
19-02
o 2 íl větší než uvádí literatura pro isolovanou fázi (viz £lj ) a že mřížkový parametr kubické fáze NbC je asi o 1.5 % menší než pro isolovanou fázi. Difrakční linie od obou fází jsou ostré. Z toho plyne, že mřížkové parametry jsou homogenní (rozptyl je menší než 0.5 %) a že zrna fází jsou větší než óO - 100 nm. Srovnáním intenzit linií s intenzitou hlavní linie Feiin bylo určeno, že podíl Nb, obsažený ve fázi NbC, Činí 0,07 % váhy vzorku a ve fázi FegNb nepřevyšuje 0.1 %. Podle celkového obsahu Nb (0.5 fc) lze tedy usuzovat, že nejméně 2/3 legujícího prvku je rozptýleno ve feritu, případně tvoří koherentní fáze.
4000-
.1. 3500 -
3000-
2500 ťro určování textur je používána přímá metoda (přímé polové obrazce) nebo liarrisova-fciorrisova metoda (inverzní pólové obrazce). Obě metody byly na pracovišti použity při studiu zirkoniových plechů a trubek (např. [žj ). Změřením několika nezávislých přímých pólových obrazců lze stanovit trojrozměrnou distribuční funkci [3j, která plně popisuje rozdělení orientací, krystalitů. Funkce má význam pro výpočet anizotropie fyzi-kálních vlastností materiálu. [l] Index (Inorganic) to the Powder iiiffraction File 197? [2]Vratislav S., Zajíček J., Kovové materiály 11 (1973), 278 [3]tiunge it. J., Lathematische Methoden der Textur analyse, 1969
19 - 14 K MOŽNOSTI APLIKACE GAMA-GAK.AMETRICKÉ METODY PŘI SLEDOVANÍ ZMĚN STAVU NAPJATOSTI V OKOLÍ DOLNÍCH DĚL On the possibilities of gamma-gamma-met ry in the study of stress-state changes around mine openings FRANTIŠEK BLAHA, LADISLAV KECLÍK Středisko geonechaniky VVUÚ Ostrava-Radvanice, 716 07 Pro zjištování stavu napjatosti v okolí důlních děl v hlubinných uhelných dolech je v současné době uplatňována řada metod (expanzní tenzoroetrie, seismika, seismoakustika, aerometrie, elektometrie, deformometrie, plynodetekce, konve rgometrie, vrtné testy aj.), převážně dosahujících provozně aplikovatelných výsledků, které však nemusí být vždy objektivní a zcela spolehlivé (kupř. u aerometrie a vrtných testů). Některé uvedené metody jsou taká relativně složité a časově náročné (kupř. expanzní tenzometrie, deformometrie.) Proto jsme se pokusili uvedenou problematiku řešit radioizotopickými metodami, z nichž se jeví jako nejvhodnější gama-gamametrie (GGM). Někteří badatelé [zl.fcl již tuto metodu použili k nepřímému stanoveni změn stavu napjatosti v okolí důlních děl v čase, avšak zatím jen ve velmi omezeném rozsahu. Vzhledem k tomu, že lze předpokládat poměrně výraznou změnu hustoty horninového masivu při podstatné změně stavu napjatosti [lj , je možné tyto změny zaregistrovat game-garaametricky a tedy sledovat kupř. vztah projevf. napjatosti v rozvolněné zóně, lokalitě přídatných tlaků a v neovlivněném masivu v každém měřeném místě. Druhým závažným parametrem, důležitým např. pro místní prognózu anomálnich geodynamických jevů, je vzdálenost lokality přidatných napěti JL od čelby, resp. boku důlního díla, kterou lze opět stanovit na základě výsledků GGM. K ověřeni těchto předpokladů jsme provedli řadu srovnávacích měřeni na některých dolech OKR GGM137 -aparaturou PGA - 1/72 - VVUÚ s ri-zařičem C s o délce sondy převážně 57,5 cm, citlivosti 1,31 Ig imp . 10a" 1 • cm « g, přesnosti 0,01 g • cm a reprodukovatelnosti
19 - H 90 - 95 %. Střední relativní chyba 1 měřeni se v průměru po* hybovala mezi 1 - 3 %. Výsledky našich měřeni ukazuji, že v okolí důlního díla se vyskytuji 2-3 zóny zvýšené napjatosti, které lze poměrně přesně zachytit metodou GGM, Relaci napjatosti v rozvolněném pásmu a lokalitě přidatných napětí je možné vyhodnotit pomoci tzv. koeficientů projevů napjatosti „ •i
min * min
kde I m i n - minimálni intenzita rozptýleného gama-záření ve 1
vrtu [imp . 10s" ] - max. intenzita rozptýleného gama zářeni ve vrtu max fimp , lOs""1] - vzdálenost lokality přídatných tlaků (I-4-) od
čelby, přip. boku důlniho díla [ra] Ukazatelé K p N , zjištěné metodou GGM, byly srovnávány se stejnými ukazateli, stanovenými pomoci dalších dvou metod (seismoakustického testováni-SAT a vrtných testů) ve stejných vrtech. Protože výsledky zejména metody GGM a SAT jsou ve velmi dobré shodě, lze metodu GGM doporučit ke sledováni okamžité změny napjatosti v okolí důlních děl pro provozní účely. Literatura: (jlj Kimkov V.M.: Priměněnije plotnostnovo gamma-gamma metoda dlja izučenija projavlenij opornovo dovlenija v processe věděnija očistných rabot. - IVUZ gor. žurnál, 1977, No. 2, s, 2 1 - 2 3 \2\ Simon L«: Dílci zpráva o výzkumu změn napěti v horninovém masivu s použitím radioaktivních izotopů. 1. část, výzkum in situ, HOÚ ČSAV 1964 [3] Zoltán T., Bogdány B.: Untersuchug der Hangendauflockerung eines in mehreren Scheiben hereingewounenen' mächtigen Lignit-f lOzes. - Forschungsschlussbencht, BKI Budapest 1974.
