ANKARA NÜKLEER ARAŞTIRM A VE
EĞİTİM MERKEZÎ
5 Ci Pu-Be İZOTOPİK KAYNAK İLE NÖTRON RADYOGRAFİ Dr. F. ÖZEK i, ÇELENK 1981 FİZİK BÖLÜMÜ- 2 - 8 2 m
ı
5 Ci Pu-Be İZOTOPİK KAYNAK İLE NÖTRON RADYOGRAFİ
Dr. F. ÖZEK İ. ÇELENK
1981
NÖTRON RADYOGRAFİ NEDİR?
Genel olarak radyografi, bir radyasyon demetinin yolu üzerindeki bir cisim t a r a f m d a n zayıflatılması (attenuation) ve zayıflatılmış de» metin radyografi filmi gibi bir dedektöre kayıt edilmesi prensibine da yanır. Cismi oluşturan maddelerin atomları radyasyon demetini farklı derecelerde absorplar ve/veya saçar. Böylece film üzerinde, değişen de recelerde kararmalardan oluşan ve cismin iç yapısını yansıtan bir görün» tü (radyograf) elde edilmiş olur.
Nötron radyografinin (NR), gama radyografiden (ĞR) farklılığı, ga ma ve nötronların absorplama ve saçılma mekanizmalarının bütünü ile de ğişik olmasından kaynaklanır: Gama fotonları çekirdek etrafındaki elekt»- ronlar ile, nötronlar ise çekirdeğin kendisi ile etkileşir. Başka bir deyişle, gama zayıflaması öncelikle çekirdek etrafındaki elektron sayı» siha (atom numarası 8*ye), nötron zayıflaması ise çekirdeğin yapısına ve nötron enerjisine bağlıdır»
Ş e k ü l ’de, elementlere ait kütle zayıflama katsayıları (mass attenuation coefficient) çeşitli gama enerjileri ve termal nötronlar için verilmiştir. Görülmektedir ki, kütle zayıflama katsayısı gamalar için düzgün bir değişim gösterirken, nötronlar için raştgeie (random), bir dağılım göstermektedir. Pratik açıdan bakıldığında, örneğin atom nur manaları (yaklaşık yoğunlukları) birbirine çok yakın olan Cd ve Ag el§* mentleri G R ’de benzer kararma oluştururken, N R ’de farklı kararmalar oluş# tururlar. Diğer bir önemli nokta ise, hidrojen gibi hafif elementler için NR'nin daha duyarlı olmasıdır.
NÖTRON DEDEKSİYONU
Nötronların film üzerine doğrudan etkisi hemen hemen yoktur. Bu ne» denle nötronlar, a, 0, y gibi film ile dedekte edilebilir bir biçime
2
-"çevirici" (converter) yerleştirmektir. Çevirici, (n,y), (n,ct), v,b, bir reaksiyon sonucu "nötron görüntüsü"nün film üzerine kayıt ©dilebil mesini sağlar.
Çeviriciler ya cisim ile film arasına (front screen) veya filmin arkasına (back screen) konulabilir (Çekil 2). "Front" durumunda daha kısa ışınlama süresi, "back" durumunda ise daha uzun ışınlama süresi ancak daha iyi çözme (resolution) elde edilir.
Tablo l ’de NR'de genellikle kullanılan filmler verilmiştir. Burada belirtilmesi gereken önemli nokta, film hızı ile çözme gücünün ters oran tılı oluşlarıdır. Tablo 2'de ise çeviriciler ve özellikleri sunulmuştur,
NÖTRON RADYOGRAFİ TEKNİKLERİ
(a) Doğrudan ışınlama tekniği Çevirici, nötron ışınlaması sırasında film üzerine yerleştirilir (front veya back durumunda). Genellikle Gd, Ag veya ®LiF + ZnS(Ag) sintilatörü gibi bir çevirici kullanı lır. Sintilatörler özellikle düşük nötron akılarmda çok yararlı* dır ve "back screen" durumunda oldukça yeterli çözme gücü sağlar» lar. Ayrıca, nötron demeti içinde mevcut olabilecek gamaların fii* mi etkileyip görüntüyü bozmamaları için, kolimatör çıkışı ile çi* sim arasına Pb filtre yerleştirmek yararlıdır.
(b) Transfer tekniği önce yalnızca çevirici, cisim ile birlikte nöt ron demeti içinde ışınlanır. Işınlama sonunda, çevirici karanlık odaya transfer edilir ve film üzerinde (ve kaset içinde) yeterli bir süre bırakılarak çeviricinin "otoradyografisi" alınır. Bu tek nik, nötron demeti içindeki gama dozunun çok yüksek olması durumun* da veya reaktör yakıt çubukları gibi radyoaktif maddelerin NR'sinde çok yararlıdır.
m A E H U j a m W K 9 9 W t . . A t . S T B l t
5 Ci (1.35 x 107 n/s) şiddetindeki 238Pu-Be izotopik nötron kay» n a ğ ı n m kullanıldığı ANAEM NR sisteminin dizaynı Şekil 4* de sunulmuştur, 7 mm Pb filtre kullanıldığında koliıhatör çıkışındaki termal nötron ak^sı 70 n/(cm2 .sn), kadmiyum o r a m 1,8 ve gama "exposure" hızı 0.4 mR/saat* tir.
Çalışmalarda, çevirici olarak Nüeleaf Enterprices NE 425 sintila- törü, AGFA Curix RP1 tipi film ile birlikte, "back" durumunda ve doğru dan ışınlama tekniği kullanılmaktadır.
GÖRÜNTÜ KALİTESİNİN ÖLÇÜLMESİ
Görüntü kalitesinin belirlenmesinde en pratik yol, test cisimleri (test-objects) kullanmaktır. Test cisimleri genellikle kadmiyum metalin den yapılır ve üzerinde değişik çaplarda delikler bulunur. Film üzerinde gözlenebilen en küçük delik çapı, NR sisteminin çözme gücünün bir ölçü» südür. ANAEM*de yapılan NR çalışmalarında kullanılan test cisminin özel likleri Şekil 5*de verilmiştir. Alınan radyografilerde (a, b) delikleri ile (e) aralığı rahatlıkla kayıt edilebilmiştir. AGFA Curix RP1 filmine ait karakteristik eğri ise Şekil 6*da sunulmuştur.
ĞENEL UYGULAMA ÖRNEKLERİ
ENDÜSTRİYEL
1. Benzer yoğunluktaki maddelerin incelenmesi: Cd-Ag, Cu-Ni alaşımları gibi.
NÜKLEER
1* Reaktör kontrol çubuklarında I1JCd "burn**up" inceletuneâi
2, Reaktör kontroi malzemelerinde l0B dağılımı Ölçülmesi
MEDİKAL * BtYOLOJtk
1. Tümörlerde, yüksek hidrojen konsantrasyonlu bölgelerin bulunması
BİLGİ KAYNAKLARI
1. Neutron radiographic inspection of radioactive irradiated reactor fuel specimens
H. Berger, W.N. Beck
Nucl. Sci. Eng. 15 , W W W (1963)
2. Determination of cadmium burnup in reactor control rods by neutron radiography
H. Berger, J.H. Talboy, J.P. Tylka Nucl. Sci. Eng. 18 , 236-241 (1964)
3. Nondestructive examination of radioactive material using neutron radiography
W. A. Carbiener
Nucl. Appls. 2 , 468-470 (1966)
4. Neutron radiography using nonreactor sources J.P. Barton
Isot, Rad. Technol. 6 (2), 149-153 (1968-69)
5. The measurement of small dimensional changes by neutron radiography R.S. Matfield, G*Constantine, S.C.Alexander
AERE-R 5792 (1969)
6. Utilization of small accelerator neutron generators to neutron radiography
G. Breynat, M.H.Dubus
Materials Rvalvation p .220-224 (Oct.1969)
7. Foreseeable application of Cf-252 to n-radiography J.P. Barton
Isot. Rad. Technol. 7. (3),- 285 (1970)
8. A visual image quality indicator (VISQI) for n-radiography J.P. Barton
6 -Kütte
Zayıflama
Katsayısı
(cnvg)
0.3 MtV
1.3 M«V
Atom Numarası (Z)
Stlil 1. Kütte zayıflama katsayısının atom numarası
ila 4 *9 fimi
--- * --- — f nötron demeti kaset film
ON
♦ ■> ARKA.Şe k il;'. Film ile çeviricinin ön (front) ve arka (back) kombinasyonları
DOĞRUDAN
İŞINLAMA
TRANSFER
karanlık odaya
çevirici ♦ f itm
I20cm
' / / / / / A
-V
i em
20 cm
o :10%U ♦ 90 % Mittiler*
b : 5 % B ♦95%Poltetiien
C ;30%B ♦1 % « » ♦ M ittle n
d mötron *cloy*
Şekil 4. ANAEH nötron rodyogrofi sistemi
o b
e
d
3mmo,bs1 mm
c *2 mm
d* 3 mm
e 5 03 mm
f *05 mm
Net
Film
Den si te si
9
-Film
; AGFA Curix RPl
Çevirici
: Li F+ZnS (Ag) sintilotor
-2 -1
T a b l o 1 . B a z ı f i l m t i p l e r i v e k a r ş ı l a ş t ı r ı l m a s ı ( a ş a ğ ı y a i n i l d i k ç e f i l m h ı z ı a z a l m a k t a , ç ö z m e g ü c ü a r t m a k t a d ı r ) 10
-Tablo 2. Bazı metalik foil çevirici tipleri DOĞRUDAN IŞINLAMA Element Reaksiyon Tl/2 OptimumKalınlık (mm) Cd 113Cd(n»Y)lll*Cd kararlı 0.25 Gd l55Gd(n,e)lıeGd 157Gd(n,e)158Gd kararlı 0.02 TRANSFER In ll5In(n,y)ll6In U 5 In(n,Y )U6raIn ’ İH sn 54 dak. 0.40 Dy l6l*Dy(n,Y)i650y 16,,Dy( n , y )16 sınDy 2.3 saat 1.26 dak 0.15