10 - 30 MeV. protonlarla pixe

T A E K - S A M

R A D Y A S Y O N T E K N O L O J İ S İ E N S T İ T Ü S Ü

10 - 30 MeV. PROTONLARLA PIXE

A. ZARARSIZ , A. ERCAN

RTE-AR-2

KASIM-1991

T A E K - S A M

R A D Y A S Y O N T E K N O L O J İ S İ E N S T İ T Ü S Ü

10 - 30 MeV. PROTONLARLA PIXE

A. ZARARSIZ , A. ERCAN

R TE-A R -2

KASIM-1991

ÖZET

Bu ç a lı şmada siklotronla hızlandırılan 10-30 MeV. enerjili p ro t on la r k ullanarak yapılan X-ışınları emisyon spektrosko- p i s i n i n (P I X E ) y a p ı l a b i l i r l i k ş a r t l a r ı i n c e l e n m i ş ve bu e ne r ji le rd ek i p ro to nl ar ı n Z=10-80 arasındaki elementler için K ve L X - ı ş m l a r ı ü r e t m e o r a n l a r ı h e s a p l a n m ı ş t ı r . A y r ı c a d ü ş ü k e n e r j i l i ( 1 -5 M e V ) V a n de G r a f f v e T a n d e m tipi h ı z l a n d ı r ı c ı l a r kullanılarak yapılan PIXE'ler ile de k a r ş ı ­

laştır ilmi ştır.

A B S T R A C T

In this stud y, the a p p l i c a b i l i t y c o n d i t i o n s of p a r t i c l e in d uc e d X-ray emission spectroscopy (PIXE) with 10-30 MeV. p ro to ns using a cyclotron, have been investigated. K and i X-rays p ro d u c t i o n rates of the elements having Z between lo and 80 w e r e c a l c u l a t e d . Th e r es u l t s of P I X E s p e c t r o s c o p v u s i n g 1-5 MeV. V a n de Gr af f and T a n d e m a c c e l e r a t o r s are c o m p a r e d .

İÇİNDEKİLER

1. GİRİŞ ... 1

2. PROTONLARLA X-IŞINLARININ ÜRETİMİ ... 2

3. YÜKLÜ PARÇACIKLARIN MADDE TARAFINDAN DURDURULMASI .. 11

4. PIXE SİSTEMİ ... 14

5. SONUÇ ... 16

6. KAYNAKLAR ... 19

GİRİŞ

Hızlı, güvenilir ve tahribatsız olması nedeni ile örnek analizlerinde yaygın olarak uygulanan X-ışınları floresans spektroskopisinde (X R F ), X - ı ş m l a r ı dört değişik tip uyart­ ına yöntemi ile üretilmektedir: 1-) Radyoizotoplarla, 2-) X-

ışını tüpleriyle, 3-) elektron mikroproblarla ve 4-) hızlan­ dırılmış yüklü parçacıklarla (PIXE).

XRF spektroskopisinde elementlerin belirlenme sınırları, g e n e l d e i ç i n d e b u l u n d u k l a r ı ö r n e ğ i n b i l e ş i m i n e bağlıdır. Radyoizotop uyartmalı sistemlerde 5 - 5 0 p p m . olan bu sınır, tüplü ve elektron mikroprob sistemlerde 0.5-10 ppm. d i r \ l - 3 \ . V a n de G r a f f ve T a n d e m gibi l i n e e r h ı z l a n d ı r ı c ı l a r k u l l a n ı l a r a k elde e d i l e n 1-5 M e v . ' l i k protonlarla yapılan PIXE çalışmalarında, hava, su, ve katı numune analizlerinde 0.05-10 ppm. belirlenme sınırlarına ulaşılmıştır\4\. Bu enerjilerdeki protonlarla ancak 10<Z<50 aralığındaki elementlerin K X - ı ş m l a r ı , diğerlerinin ise L X-ışınları kullanılmaktadır. L X-ışını çizgilerinin çok fazla olmasının spektrum analizi yönünden getireceği olumsuzluklar, yüksek enerjili protonlarla (20-40 MeV.) elde edilen K X - ı ş m l a r ı kullanılarak bertaraf edilebilir /5-7/ .

TAEK, Sarayköy Araştırma M er kezinde kurulması p la nlana n siklotronda 15-30 M e v . arasında protonların elde edilmesi düşünülmektedir. Bu protonlarla yapılacak PIXE ç a l ı ş m a ­ l ar ında Z>10 e l e m e n t l e r i n , K ve L X - ı ş ı n l a n ü r e t m e oranları belli bir sayım sistemi için, numune içerisindeki p r o to n akış ın a, ilgili e l e m e n t i n K ö veya L a X - ı ş ı n ı o l u ş t u r m a t e s i r k e s i t l e r i n e , s a y ı m k a t ı a ç ı s ı n a ve kullanılan dedektörün verimine bağlı olarak hesaplanmış ve X-ışını floresans çalışmalarında böyle bir sistemin avan­ tajları ortaya konmuştur.

PROTONLARLA X-IŞINI ÜRETİMİ

Herhangibir proton demetiyle ışınlanan bir numune içindeki atomlar ve/veya atom çekirdekleriyle protonların etkileşmesi sonucu meydana gelen bellibaşlı olaylar Şekil-1 de kabaca gösterilmişti r .

& - elektronu

Şekil-1. Protonların atom ile belli başlı etkileşme türleri a-) X-ışını üretimi b-) çekirdek tepkileşmesi c-) saçılma

Şekil-2'de, d kalınlığındaki bir numuneye gelen, IQ şidde­ tinde ve Eq ortalama enerjisindeki protonların numune içinde o l u ş t u r d u ğ u K a X - ı ş ı n 1 a r ı n d a n 0 i s t i k a m e t i n d e k i b i r dedektörde birim zamanda sayılanlarının miktarı (counting r a t e ) , nKû(z) d îp (y)•o ( y )-V• y=0 dn ----dy dy

( D

Numune

Dedektör

L = y/sin(8) M = y/sin(0+0)

8 = Demet-Numune açısı

0 = 27i-(Demet-Dedektör açısı)

Şekil-2. Protonlarla ışınlanan bir numunede demet-numune- dedektör geometrisi

dir. De nk.1'deki ifadeleri tek tek açıklıyalım:

5p ( y ) ; proton demetinin numune içerisinde y kalınlığındaki akışı olup, şu şekilde verilebilir:

y

[ l oi(y1) J dy1 J

(2)

Burada, IQ protonların numune yüzeyindeki (beam spot) a'ya geliş akışı, n Q birim hacimdeki atom sayısı, 2 o ^ ( y x ) ise protonların numune içerisinde y1 konumundaki enerjisine karşılık gelen toplam (durdurma) tesir kesiti olup, proton akımının örnek içerisindeki azalmasını göstermektedir.

dn; Z elementinin (p-a-dy) hacmindeki atom sayısıdır ve

dn dy C(Z) N, A(Z) ’P 'a (3)

ile ifade edilmektedir. Burada; C(Z) numune içerisindeki Z elementinin derişimi (concentration), A(Z) atom ağırlığı (g/mol), N 0 Avogadro sayısı ( 6.022.1 0 ^ / m o l . ) ve p numunenin yoğunluğudur (g/cm^).

o(y); Z elementinin, Ep proton enerjisiyle uyartılması sonucu y ayınlanan K a X-ışınlarının miktarını bel ir le ye n tesir kesitidir.

°(y) = W K -fK -oK (Ep (y/sin0)) (4)

W K ,elementin K - t a b a k a s m a ait floresans verimi, fK yayın­ lanan K ı ş ı n l a r ı i ç e r i s i n d e k i K a oranı ve o^, n u m u n e içerisinde "y/sin0" mesafesindeki Ep enerjili protonların elementin K-tabakasında bir elektron boşluğu yaratma tesir kesitidir. Şekil-3' de elektronların K ve L tabakalarına bağlanma enerjisi ve proton enerjisine bağlı olarak oK 'nın değişimi görülmektedir.

( K e V . B a r n ) e/Au

Şekil-3. Yüklü parçacıklarla ışınlanan elementlerin K ve L tabakalarına ait iyonlaşma tesir kesitleri (barn)\8\. /\=mp/ m e ve u elektronun K ve L tabakalarındaki bağlanma enerjisidir.

Z=20-80 ve Ep=10-30 M e V . bölgesi için ve f- değerleri kullanılarak, hesaplanan bazı o(Ep,Z)'ler Tablo-l'de görül- mektedi r .

Tabi o 1 o(Ep ,Z) değerleri I—* O t ro •(oK -wK -fK ) \ EP 10 15 20 25 30 Z \ 20 84.76 72.46 60.94 52.05 45.14 30 83.20 98.31 99.79 95.78 90.02 40 33.34 52.72 64.77 71.28 74.22 50 10.28 20.38 29.30 36.91 42.09 60 3.010 7.032 11.60 16.05 19.96 70 0.9025 2.408 4.440 6.690 8.987 V: N u m u n e d e o l u ş a n E e n e r j i s i n d e k i K a X - ı ş ı n l a r ı n ı n dedektörde sayılan miktarını, d ed ek tör-kaynak arasındaki geometriye ve dedektörün E enerjisindeki fotonlara cevap verme özelliğine bağlı olarak belirleyen verimdir:

V = ft(E)-e(E) (5)

olup, daha açık bir ifadeyle,

D e d . etkin yüzeyine

[

gelebilen fotonlar — Kaynaktan 47t’ye yayılanların sayısı Pik altındaki net alan

Ded. etkin yüzeyine gelebilen fotonlar

]

şeklinde gösterilebilir. Burada birinci terim sayım katı açısı (Q), ikinci terim ise dedektör (intrinsic) verimi (s) olarak tanımlanır. Sayım katı açısı en genel ifadeyle,

ft d'^r

örnek

[ Qp (r)-Q(r)-|3(r)

o ] u r\9\ ,

r : Numune içindeki herhangi bir noktanın yer vektörü.

Q(r): E enerjili X - ı ş m l a r ı n ı n numune içerisindeki normalize edilmiş dağılım fonksiyonudur.

J d V g ( r ) = 1 örnek

dı r .

k(r) : Numune-dedektör arasındaki uzaklığa ve f o t o n l a r m enerjisine bağlı bir düzeltme faktörü olup, (D/R)>1 için k~l a l m a b i 1 i n i r . Burada D dedektör-numune mesafesi, R ise dedektör yarı çapıdır.

tir.

(r ) : Örnek içindeki herhangi bir P nokt as ın da n

dedek-L

törü gören katı açının 47i'ye oranı.

£(r), numune içinde oluşan K a X-ışınların numuneyi dedektör istikametinde terk edene kadarki soğrulma miktarı olup,

|3(r) =

- y

j| d^r1 •exp[-pt(r ,r1 )] (7) d e d .yüzeyi

şeklinde ifade edilir. Burada F dedektör etkin yüzeyi, r' F ü z e r i n d e h e r h a n g i bir n o k t a n ı n yer ve kt ör ü, t ise bu noktayı P noktasıyla birleştiren doğru parças ın ın numune içinde kalan kısmıdır. Özel bir konum olarak 9=135°, 0=90° alındığında (PIXE spektrometrelerinde ideal numune konumu), d kalınlığındaki numune için denk.7'ile verilen integral de Q(r).|3(r) yaklaşık olarak,

Q 'P = 0 2 d Û + T) [l-exp[~02d- Ci! + -) 1 ]

şeklinde birleştirilebilir. Bu eşitlikte x, de nk .(2) deki üssel ifadede görüldüğü gibi protonların, ]> ise numune içerisinde oluşan fof onların etkileşmesinin ölçüsü olan toplam kütle soğurma tesir kesitleridir.

Ö &«?.] ilkle

ri

n

e

bağımlı, sayım g

e om e 1

r

i

s

ı

n

d

e

n ha

ğ a tosi */• ve

ı

i ti t

olup, a k 1

1 v i

i e 1 or i bilinen standart nokta kaynaklarla

aşağıdaki şekilde belirlenir:

6 (E) = ----

-

---- (8)

A - t - n

0

ve burada,

P; X- ısınları spekturumunda E enerjili pil: altında kalan

a i an .

A : Nokta kaynağın E ener

jili f

öteni ar ın'ın aktivitesi (1/sj

t :

Sayım

süresi

ÜQ :

Sayım katı açısı olup,

Q

q

= [ 1-1/(1+(R/D)2 )2 ]/2

veya D>>R durumunda,

Q0 * (R/2D)2

d i r .

Burada R, dedektör etkin yüzeyinin yarı çapı', D kayna­

ğın dedektör etkin yüzeyine olan uzaklığıdır.

Denk. 8 kullanılarak, değişik enerjiler için ölçülmüş verim

değerleri,

3

6(E) = 2 ai•exp(bi -E)

(9)

i = l

şeklindeki bir ifadeye uydurulabi

1

ir.

Bir örnek olarak

0.4

O

cm*' hacimli ve Be-pencere kalınlığı

0 .025

mm. olan

bir

Si(Li) dedektörün

bu

şekilde ölçülmüş\10\ (intrinsic) ver­

imlerinin denk. 9 ’a göre bulunan fit katsayıları şunlardır:

,3'j ’ ■ 4 . w* .* a o---4.004 â = 5 • 001

h

J i - o . 0?• 3 b -> = - 2 . 0 9 9 ):•, = - 0 . 0 5 4 ( 1/ KeV . )

Bu parametrelerle hesaplanan

e

değerleri deneysel değe)-

1 er 1 e

i

%3 uyıun i çer i sindedir (Çekil .4).

Şekil-4. S.i(Li) dedek t ör ünün ölçülmüş verim değerleri ( + ) ve bu değerlerin (9) ifadesiyle uyum eğrisi.

E

ortalama enerjili bir proton demeti ile bombardıman

O

edilen ince bir numune (d<200 mg/crn^) içerisindeki herhangi bir elementin Ka X - ı ş m İ arının şiddeti, denk. 3, 4, 5 ve 9'dan hesaplanıp, denk.1'den bulunabilir. Denk.l'in analitik olarak çözülmesi genelde mümkün olmadığından, bazı v a r s a ­ yımlar yapılarak ($ , n, Q değerlerini değiş tirmeuen) saf e l e m e n t l e r i ç i n K _ X - ı ş ı n l a r ı ü r e t m e o r a n l a r ı n ı karşı 1 aştırabiliriz.

ij i n * *i' o] o i j hy Ş- 30 MeV * ’ i j i: jî t o t bu J a ı: l a 1 >'£>.* ;ı J >â. ı d i iu& ı i.

vd i l en Z ‘ 10 70 e l enveni 1 e

ı

in i i j denk ] en'» Tabi *:>/•'■} /e clerik . 9 kul 1 anıl a r a k h e s a p l a n a n N * Kft(2 ) d e ğ e r l e r i T ab l o . 2 'de görülmekkedi r . N*Kû(z ) = B •o •€/ A (S ) (1•a )

di r .

Burada By V"5d\ t+

vı)<<l için,

B F (— — 2D \ - r

(

1 0

)

şeklini, a l i r . [o •e / A ( Z )] değerleri Tabi o -2 * de gösterilmişti r .

T a b l o . 2 D e ğ i ş i k enerji li p r o t o n l a r l a b o m b a r d ı m a n e d i le n elementlerden üretilen X- ışınları miktarları (N*K û ( Z )/ B ).

(a)=10a anlamına gelmektedir.

\ E P 10 * 2 \ 15 20 25 30 20 1.80 1.63 1.28 1.17 1.25 30 7.0 2(-1) 1.68 1.65 1.64 1.47 40 1 . 3 K - D 7.22(-1) 8.63(-1) 9.71(-1) 1.07 50 1.61(-2) 1.52(-1) 2.10(-1) 2.81(-1) 3.3 0(-1) 60 J . V, •'i 2.971-2) 4.32{- 2 ) 6 i 73(- 2) O .*5 o *-* • \ - /( i. ^ N 70 1.7 1 ( 4 ) 2.92( -2; 4 .2]; -:) 6.73(- 2) e'. 3 9 ( - 2 ) İv)

Tablodan da göt iıldüğü gibi

atom

mimar as i büyük

olan

ele­

mentlerden K X-ışınları

elde edebilmek için

yüksek enerjili protonları kullanmak daha avantajlı olmaktadır. Diğer bir deyişle, bu enerjilerde elde edilen X-ışınl

arının

fazla

olması nedeni ile

elem entlerin belirlenme s ı n ı r l a n daha düşük olacaktır.

YÜKLÜ PARÇACIKLARIN MADDE TARAFINDAN DURDURULMASI

Yüklü parçacıklar demetinin bir madde yüzeyine geldiği zaman yapabileceği etkileşmelerden bundan önceki kesimde sözedilmişti. Şekil-l'de şematik olarak gösterildiği gibi, yüklü parçacıkların madde ile etkileşmesi sonucu enerjinin bir kısmı madde tarafından tutulur ve ısı olarak açığa çıkar; dolayısıyla PIXE spektroskopisinde örneğin tahrip olmamasını sağlamak bakımından ışınlamanın meydana getirece­ ği ısı artışının bilinmesi gerekir. Bu ısıyı hesaplayabil­ mek için yüklü parçacıkların enerjilerine bağlı olarak birim mesafede kaybettikleri enerji miktarını (stoping power) be­

lirleyen durdurma

gücü

S(E,Z)'nin bilinmesi gerekir.

1 dE

S ( E , Z ) = --- - (11)

p dx

Bu durdurma gücü protonlar için, Bethe \ 11 \

bağıntısından

aşağıdaki şekilde yazılır.

n 6 1 B A - A

J[

ln-1,12-10 1 11.9 -1 n (1 -p2 ) - p 2

-ck/z]

Burada 7-, K o 1 el: t ı ou ] ar 3 n m yavaşlama i şl emi ın- kat kıla- t ' i l i . i î.;;vıy , : a s kaynaklanalı bi ! düzeltme fak t e ; ü ve P

durma gücü, 6 < Z < 80 ve 10 < Ep < 80 M e V . aralığında daha basit bir şekile indirgenebilir.

S ( E ,Z ) ft 0.378/(Z0 -295 E0 '7 35) (MeV/(mg/cm2 )) (13)

Burada Z, (EC^Z^) numuneyi oluşturan karışımın etkin atom numarasıdır.

Ep ortalama enerjili ve Ip şiddetindeki proton demetiyle d kalınlığındaki ince bir hedef üzerinde a alanı ı ş ı n l a n ­ dığında, öz ısı katsayısı C p olan bu numunedeki sıcaklık artışı h e s a p l a n a b i l i r . N u m u n e i ç e r i s i n d e p r o t o n l a r ı n bıraktığı enerji E t ,

[ - ^ - ] *S(E,Z)*p-d eo

(14)

dır. Aynı şekilde, AT sıcaklık artışına denk gelen ısı ener­ jisi (Q),

Q = (a ■ d • j>) • Cp - AT

dir. Q = Ej. şartından,

(15)

AT (E , Z ) ip i r s(E>z) i eQ •a J L C J

(16)

bulunur. Burda görüldüğü gibi durdurma gücü arttıkça, yani proton enerjisi azaldıkça, örnekteki sıcaklık artmakta,tersi olduğu zaman ise azalmaktadır, öte yandan öz ısı katsayısı için,

3 • R 3 • R 3 • R

cp * --- * --- * --- (17) A(Z) N + Z (Z + 0 .6 * Z 1 * 2 1 )

ifadesi kullanılabilirlik (R-8.3.14 J/K .mal . ol up gas sabiti­ dir). Paydadaki ifade, kararlı çekirdekler için yapılan bir

fitten alınmıştır böylece denk.16 için,

A T (E ,Z } 0.378 Ic 24.94 a (Z+0.6-Z1 -2 1 ) _______________ E 0.7 3 5 *0.295 (18)

ifadesi bulunur. Ayrıca, atom nunarasına bağlı olan kısmı (f (Z )) , daha basit olarak,

f(Z) = 1.512-Z0,819 (19)

2 şeklinde yazıp, birim düzeltmeleri de ([I]=nA, [a]=mm ve [Ep] =MeV) y a p ı l d ı ğ ı n d a , n u m u n e i çi n d e b i r i m z a m a n d a k i

A T ( E r ,Z) -- 2.3- [

aşağıdaki şekilde ifade edebi liriz

r A ı.ı

70 .82

[

—

1 (K°/s)

1- a J 'l E 0-73 J

(

2 0

)

Burda ışınlama sonucu oluşacak sıcaklık değişiminin, örneğin

miktarına bağlı olmadığı, Ep ve a ile ters, Z ve I ^ ile

doğru orantılı olduğu görülmektedir.

Ortalama 30 M e V . enerjili ve 100 n A . akımlı proton demetiyle

ışınlanan yüzeyi 1 crrr bir olan toprak örneğinde (Ze ff^3 2) oluşacak sıcaklık artışı yaklaşık 2 K°/s. di r . Dolayısıyla y ük s e k e r i m e dereceli olan toprak n u m u n e 1e ı i n d e 5-10

PIXE SİSTEMİ

PIXE yöntemi, herhangi bir hızlandırıcıdan (Van de Graff, Tandem, Sik 1 o t r o n ,. . . ) elde edilen yüklü p ar çacıklar ın

(p,a,...) uygun bir odaklama ve kolimasyon sistemi ile bir hücreye (chamber) taşınıp, istenilen bir numune üzerine düşürülerek numunede oluşan k ar akteristik X - ı ş m l a r ı n ı n sayılmasına dayanır. Bu X - ı ş m l a r ı n ı n miktarı, daha önceki bölümlerde de belirtildiği gibi, parçacık akışına, enerji­ sine, hedefin atom numarasına ve dedektör verimine bağlıdır.

PIXE sistemlerinde en önemli kısımlar demet kolimasyonu ve hedef düzenlenmesidir. Vakum içerisinde 10-15 numunenin, bir m e k a n i z m a ile te ke r teker d e m e t i n ö nü n e g e t i r i l m e s i n i sağlayan hücre dışından kontrollü bir numune değişti rm e düzeneği bulunması, sistemden azami istifadeyi sağlar. Böyle bir sistemin yapılması yönünde ön çalışmalara başlanmıştır.

Y ü k s e k e n e r j i l i p r o t o n l a r l a ( 2 0 - 6 0 M e V .) y a p ı l a n ışınlamalarda çekirdek reaksiyonları da olmaktadır ((p,xn),

(p,p}...). Şekil-5'de görüldüğü gibi, oluşacak nükleer reak­ siyonda ışınlanan Z elementinin bir kısmı (Z+l) elementle­ rine dönüşebilir (satellite peaks). Ancak bunların yayın­ layacağı X-ışxnları ihmal edilebilecek miktarlardadır \12\. Ta blo-2’de nadir toprak elemet1 erinin 66 MeV.'lik proton­ larla ı ş ı n l a n m a s ı s o n u c u o l u ş a n ü r ü n e l e m e n t l e r i n yayınladığı Ka X-ışınlarının ana elementten çıkan K a X- ı ş ı n i a r m a oranları görülmektedir.

S A Y I M 600

200

Ho K_CX2 Ho Kcc, £p = 66MeV Ho Ho

KP- KP2

E r E r Ka 2 Ka , E r E r

KP, KP2

cr Ka. -6 0 0

ii

I

Tm Tm Ka 2 K« t

ı ı

E r E r

KP,

Kf t Tm

n

>

M

/

-2 0 0

2200 2COO 2600 KANAL SAYISI 2800

Şekii-5. 66 M e V . ’lik protonlarla ışınlanan Ho ele­ mentinin Er uydu pikleri (yukarda) ve Er elemen­ tinin ışınlanmasıyla oluşan Tm uydu pikleri \12\.

Tablo.3 Ana ve ürün elementlerin K a oranları

Hedef Oran(%) Hedef Oran(%)

La n . d . Tb küçük Ce n . d . Dy 4.3 Pr n . d . Ho 4.6 Nd n . d . Er 6.5 Sm n . d . Tm 2.3 Eu küçük Yb 6.3 Gd 1.0 Lu 3.8

Tablodanda görüldüğü gibi oluşan yeni ürünlerin miktarı genelde önemsenmiyecek düzeydedir. 30 MeV'lik protonlarla yapılacak ışınlamada ise oluşacak ürün çekirdek miktarı çok daha az olacak, dolayısıyla spektrum analizlerinde uydu peak problemi olmayacaktır.

SONUÇ

Hernekadar, kurulması planlanan siklotronda T l - 2 0 1 , 1-123 gibi radyoizotopların üretilmesi düşünülmekteysede, bunun yanı sıra, X-ışını üretme oranı ve numunenin ısınma problemi bakımından düşük enerjilere göre daha avantajlı olması nedeniyle, Türkiye’de şimdiye kadar uygulanamayan PIXE gibi çok önemli bir a naliz y ö n t e m i n i n d e , u y g u l a m a a l a n ı n a girebileceği görülmektedir.

Bu enerjilerde (15-30 M e V ) yapılan PIXE spektroskopi1 erinin bir başka avantajı da çok küçük bir örnek içerisindeki eser elementlerin, özellikle yüksek atom numaralıların, analiz­ lerinin büyük bir doğrulukla yapılabilmesidir. Şekil-6'da meyva yapraklarının değişik uyartma teknikleri ile elde

edilen XRF s p e k t r u m l a n k a r ş1 1 aş 11 r1 1m ı ş 1 1 r . Burada 30 MeV.'lik protonlarla ayartılan spektrumun yüksek enerjili kısmındaki piklerin daha belirgin olması, atom numaraları büyük elementlerin L-X ı ş ı n l a n yerine K-X ışınlarının kullanılmasının gerektiğini göstermektedirki, bu da ancak yüksek enerjili protonların kullanılmasıyla mümkündür.

KANAL SAYISI

Şekil-6 N B S (SRM 1571) meyva yaprağının iki ayrı yöntemle alınmış X-ışın!arı s p e k t u r u m l a n

Ayrıca

bir örnek olarak, 3 HeV.ile 30 MeV.'lik protonlarla ve radyoizotopla (Cd-109) ayartılan Z=70 elementinin X- ışını verim oranları aşağıda görülmektedir.

T a b l o . 3, Değişik sistemlerle üretilen X - ı ş m l a r ı verim oranları 10 mCi Cd-109 ( X - ı ş m l a r ı ) Van de Graff (P) Sik 1 ot ron (P) E n er j i ( M e V ) 0.022 3 30 Şiddet/scm^ 10 7 2*1010 ıo10 o • e 3.64 (L - ı ş m l a r ı ) 0.12 (K-ışınları) 3.0 (K-ışınları) Sayım Katı açısı 10 1 1 Relatif X-ışını verimi 1 6 80 30 M e V . l i k p r o t o n l a r l a u y a r t i l a n Z = 70 e l e m e n t i n i n yayınladığı K ft X - ı ş ı n l a n n ı n şiddeti 3 MeV.lik protonlara göre yaklaşık 6, radyoizotop uyartmaya göre yaklaşık 80 kat daha yüksektir. A yr ı c a bu oranlar, s i s t e m l e r i n element belirleme sınırları hakkında da bilgi vermektedir.

Her üç yılda bir yapılan kongrelerde yüksek enerjili p r ot o n­ lar kullanılarak yapılan PIXE spektroskopileriyle biyolojik, jeolojik, arkeolojik, tıp ve çevre bilimleri alanlarında ilginç çalışmalar sunulmaktadır. Kurulacak bir PIXE sis te ­ m i y l e g e l e c e k t e bu a l a n l a r d a bit takın» a r a ş t ı r m a l a r ı n yapı 1 ması p l a n i a nm ak ta dı r.

KAYNAKLAR

1. S.A.E. Johansson and J.L. Campbell, PIXE: A Novel Te ch­ nique for Elemental Analysis., J. Wiley, N.Y.(1988)

2. S. A.E. Johansson and T.B. Johansson, N u c l . Inst. and Meth. 137 (1976)473.

3. H.Lanrefors and L.E. Carlsson, X-Ray Spect.,12 (1983)4. 4. W.Maenhaut, Nucl. Inst, and Meth., B49(1990)518.

5. J.S.C. McKee, J.J.G. Durocher, D. Gallop, N.M. Halden, M.S. Mathur, A.Mirzai, G.R.Smith and Y.H.Yeo, Nucl.Inst, and Meth., B45(1990)513

6. C .A . Pineda and M. Peisach, Nucl,Inst, and Meth., A299 (1990) 618

7. J.G. Durocher, N.M. Halden, F.C. Hawthorne and J.S.C. McKee,Nucl. Inst, and Meth. B30(1988)470

8. J.D. Garcia, R.J. Fortner, T.M. Kavanagh, Ren. of Mod. Physics, 45(1973)111.

9. A. Ercan, N. Erduran, E. Gültekin, M. Bostan, Gama

Dedektör Veriminin Belirlenmesi ve Yakın Sayım Geometri­ sinde Büyük hacimli Örneklerin Aktivitelerinin Ölçülmesi, Ç.N.A.E.M. 281 (1990)

10. Canberra Catalog, (1988)

11. G.F. K n o l , Radiation Detection and Measurement, J. Wiley (1989) N.Y.

12. M. Peisach and C.A. Pineda, Nucl. Inst, and Meth.,B49 (1990)10.