Beta ve gama soğrulması ile yoğunluk tayini

(1)

R N F - I - 1975

T .C . A T O M E N E R J İS İ K O M İS Y O N U

A n k ara N ü k le e r A raştırm a M e rk e zi

Beta ve Gama Soğrulması ile

Yoğunluk Tayini

A.Z. Ortaovalı - S.Ç. Tekin

(2)

Î Ç İ N D E K İ L E R

1. GİRİŞ

TEORİ

3. DENEY

4. HESAPLAMALAR VE SONUÇLAR

5. TARTIŞMA

6 .

REFERANSLAR

(3)

ÖZET

Çeşitli radyoaktif kaynaklardan neşredilen radyasyonun madde içinden geçerken soğrulması esasına dayalı olarak si

gara yoğunluğunu tayin edebilen ve bir standarta göre muka yese yapabilen bir sistem geliştirilmiştir. Geliştirilen sis temde uygun kaynak yardımıyla ve bir gramlık standart sigara ya göre numune sigara yoğunluğunu * İ° 9'luk hata sınırları içinde tesbit etmek mümkündür.

ABSTRACT

A system is developed to determine the density of tobacco, and it can also be used to compare the cigarettes with a standard. The system is based on the attenuation of the radiation in matter. Csl37 and Sr90 are used as the radiation sources. Using the present system it is possible to measure the densities with a 9 $ relative error compared to one-gram standard tobacco by using an appropriate source.

(4)

1. G İ R İ Ş :

B u g ü n endüstride diğer konvensiyonel metotların kulla nılmasının m ümkün olmadığı hallerde radyoizotoplar geniş ola rak kullanılmaktadır. Bunlardan birisi de bir parçanın belir li bir yerinde sürekli olarak yoğunluk kontrolünün yapılama- masıdır. Kohl^*) ve Owaki^) de radyoizotop kullanarak sigara yoğunluğunu sürekli olarak bir standarda göre kontrol yapabi lecek bir sistemin prensipleri verilmiştir. Owaki'ye göre bet a kaynağı olarak Pm-^^, T 1 ^ 0 4 f S r ^ ve Ru^06 kullanılma^

sıyla 0,5-1250 mgr/cm^ ve gama kaynağı olarak Al, Sr9°, Os 37 ve C o 60 kullanılmasıyla 4-40 gr/cm2 arasında değişen yoğunluk tayini yapmak mümkündür.

Laboratuvarımızda özel ünite geliştirme maksadıyla yürü tülen b u projedeki sistemle sigara fitillerinin yoğunluğunun sürekli olarak kontrolü sağlanabilecektir. Geliştirilen sistem, yalnız sigara yoğunluğunu kontrol etmekle kalmayıp, metal ve kâğıt g ü diğer maddelerin de sürekli olarak yoğunluklarının kontrolünü yapabilecektir. Bunun için sadece kaynağı değiştir mek ve o madde için kalibrasyon eğrisini elde etmek yetecektir.

2. TEORİ:

B e t a ve gama ışınları herhangi bir madde içinden geçerken

bağıntısına u y g u n şekilde azalırlar. Burada; I0 maddeye gelen radyasyon şiddeti, I maddeden geçtikten sonraki radyasyon şiddeti, maddenin toplam soğurma k a t s a y ı s ı n X'de madde kalınlığıdır. (1) ifadesi logaritmik formda

şeklini alır. T oplam soğurma katsayısının tanımını hatırlar sak, /d X ifadesi şu şekilde yazılabilir:

I = I0 exp (- ft X) ( D

İn I = İn I - ,M X

o '

(

2 )

2 r as km

(5)

2

Bu durumda (1) numaralı denklem

I * I exp (-km) (4)

haline ve 2 numaralı denklem ise

İn I = İn I - km (5)

o

haline dönüşür. Ln I'nin m*ye göre değişimi bir doğru verir. Sigara içindeki tütün kütlesindeki veya, hacmi sabit oldu ğundan, yoğunluğundaki değişmelerden ötürü radyasyonun soğ- rulması farklı olur. Bu farklılık bir ikaz sistemini hare kete geçirir ve o sırada paketlemeye giden sigara fitilleri nin ayrılması sağlanır.

3. DENEY:

Teori kısmında çalışma prensibi verilen sistemi gerçek leştirmek için Şekil-l'deki düzenek hazırlanıp bir seri de neyler yapılmış ve deney verimliliğini artıracak uygun geo metri seçimi yapılmıştır. Bu geometri, kaynak, sigara ve

sayaç arasındaki mesafeler minimum olduğunda sağlanmıştır. Uygun geometri seçiminden sonra, tütündeki yoğunluk farkını en iyi seçebilecek kayraklar tesbit edilmiştir.La- boratuvar imkânları dahilinde yapılan deneylerde Cs^37 V e gr 90 ıın uygun kaynaklar olduğu gözlenmiştir. Belirli bir kesit alanına sahip silindirik bir hacim içine çeşitli ağırlıklarda tütün doldurulmuş ve bu tütünün altına kaynak konulmak suretiyle üstten saymalar alınmıştır. Bu saymalar dan toplam soğurma katsayıları (2) numaralı denklemden en küçük kareler metoduyla tayin edilmiş ve neticeler Tablo-1 de verilmiştir.

Kaynak ve geometri seçimlerinden sonra kalibrasyon doğ rusuna esas teşkil edecek I(sayma/dak) vs. m(gr) değerleri alınmış ve bu değerler (5) numaralı denkleme en küçük kare ler metoduyla uydurulmuş ye İn f0 ile k sabitleri bulunmuş tur.

(6)

~

3 -Daha sonra çeşitli ninnine sigaraların yoğunluğu bu ka—

librasyon esrisinden tayin edilmiş ve hassas teraziyle de

kontrol edilmiştir.

4. HESAPLAMALAR VE SONUÇLAR;

Tdplam soğurma katsayısı için alınan deney verileri (1)

numaralı denkleme en küçük kareler metoduyla uydurularak

toplam soğurma katsayıları Tablo-l’de verildiği gibi bulun

muştur.

Radyoizotoplar

Co

Na

Am

Cs

60

22

241

137

"T "'*!«* - W» I>i«aw ri~ 1li«li—Pi-~T"T|»—M»M 111 I — » t— i«— —— —

Toplam Soğurma Katsayısı

___ (cm2/gr)_

0.2065

0.9813

1.1157

6.4191

Tablo— 1 Toplam soğurma katsayısının çeşitli

kaynaklar için değeri.

**Kalibrasyon doğrusu için a l m a n ve Tablo— 2*de gösteri**

len deneysel değerler (5) numaralı denkleme en küçük kare

ler metoduyla uydurulmuş; İn I0 ve k değerleri aşağıdaki

denklemler^) yardımıyla hesaplanmıştır.

İn I =

o

ve

jjr İn I ^ d e n e l m i ~ ^ m ± Sl( m i

l n l ^ d e n e l )

_ 1=1_________________ı=i _______i=ı i=ı___________________

n

it

» i -

<■£.

» i ) '

( 6)

1=1 1=1

n ^ (m^ İn Ii,denel) - «jr m^ -J- İn I^,denel

— k * ... ... . ' " -— ... ... .. --- — (

7

)

n

t

m\ - ( j t

rai ) 2

1 = 1 1= 1

(7)

4

-Tayin edilen İn I0 ve k değerleri üzerindeki hatalar ise

oc

(İn Ni,est-ln N^,denel)2

İal

ve

A *

h

n Z

W

t

2 m.

-1.

d

olmak ü z e re

İ n I

0 « c 2

^ k

<<2

i mir

'

85

"

n

9 _A

»♦*

(9)

( 8 )

(1 0 )

denklemlerinden hesaplanabilir. Burada, ^ l n I0 , İn I(

üzerindeki ve

standart hatası

* k da

k üzerindeki hatalardır. Tahminlerin

ise

î

£ (İn Iitest-ln Ii,denel)2

1

İn I.k

M—

(

11

)

n

denklemi ile elde edilir. Ayrıca deney verileri

m. s b - b İn I;

(12)

ı

o

ı

v

gibi bir denkleme uydurulabilır, buradan b 0 , bx katsayıları

ve bunlar üzerindeki hatalar yukarıda gösterildiği gibi he

saplanabilir. (5) numaralı denkleme göre elde edilen sonuç

lar Tablo-3’de ve (12), numaralı denkleme göre elde edilen

sonuçlar ise Tablo-4'de verilmiştir. Bunlara ait grafikler

ise Şekil-2,3 ve 4 ile verilmiştir.

(8)

5

-Deney - 1

Deney - 2

Deney - 3

m

I

... ra ....

wı 11

I

ra

I

0.7386

12737

0.7102

1411

0.7102

2451

0.7676

12306

0.7762

1453

0.7762

2404

0.3052

12662

0.8111

1391

0.8111

2360

0.8575

12329

0.8245

1293

0.8245

2224

0 . 8 5 8 1

11994

0.8519

1317

0.8519

2321

;

0.8626

11894

0.8973

1260

0.8978

2134

0.8810

11721

0.9650

1160

0.9650

2054

0.8827

11554

0.9386

10104

0.9535

10399

0.9630

10397

0.9840

10507

1 1.0106

9822

Tablo-2

1,2 ve 3 nolu deneylere ait. veriler*

Deney

No.

Kaynak

İn I0

k

T

İn I0

°<k

2 --- 1

« İ n I.m

k

1 Cs137

10.250

1.020

0.109

0.122 0.03255

2 Sr90

7.897

0.850

0.140

0.167 0.02855

3 Hr90

8.345

0.738

0.103

0.123 0.02114

(9)

Deney'

No.

Kaynak

*0

-bı

*bo

^n.ln I

1 '

Cs137

8.746

0.840

0.101

0.101 :

0.02967

2 Sr90

7.835: 0.974

1.422

0.197 0.03160

3 Sr90

: 10.011

1.187

1.540

0.199 0.02680

Tablo-4

Denklem (12)’ye göre elde edilen sonuçlar.

5. TARTIŞMA:

137 Yoğunluk kontrolü için geliştirilen ünite, Cs

radyo

izotopu ile sigara yoğunluğunu

İ»

66 ihtimalle + 30 mgr,

İ°

96 ihtimalle + 60 mgr ve

i

99 ihtimalle + 90 mgr hata ile

tayin edilebilmektedir. Radyoizotop_olarak Sr^O kullanıldı

ğında bu hatalar sırayla + 22 mgr, + 44 mgr ve + 6 6 mgr ol

maktadır. Bu hatalar ise bir gramlık standart bir sigaraya

göre Csl37 için

i

9 ve Sr90 için

İo

6,6 dır.

Geliştirilen sistem yalnız sigara yoğunluğunu değil,

başka maddelerin de yoğunluklarını tayinde kullanılabilecek

tir. Sistemin bu maddelerle kullanılması için, onlara ait

kalibrasyon eğrilerini elde etmek ve uygun radyoizotop seç

mek yetecektir.

Sistemin, ağırlık ve hacim ölçme yoluyla yoğunluk tayin

metotları üzerine avantajı, maddenin çeşitli bölgelerinde

sürekli olarak yoğunluk kontrolünün yapılabilmesidir.

(10)

(11)