Η τεχνική Pige

Πυρηνική Φασματοσκοπία
1
Τεχνικές Πειραματικής Φυσικής
9ο εξ. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και
Φυσικών Επιστημών, Ε.Μ.Π. , Αθήνα.
Τομέας Φυσικής
Τσιντάρη Πελαγία
14.01.2016

Περιεχόμενα
 Ion Beam Analysis
 Η τεχνική PIGE
 Βασικά Χαρακτηριστικά
 Προφίλ του Βάθους
 Πειραματικός Εξοπλισμός
 Πρακτικές Εφαρμογές της τεχνικής
 Συμπεράσματα
 Βιβλιογραφία
2Τσιντάρη Πελαγία, ΣΕΜΦΕ

Εισαγωγικά
Τρία είδη ακτινοβολίας
•α – πυρήνες Ηλίου (Ηe)
•β – ηλεκτρόνια/ποζιτρόνια
•γ – φωτόνια υψηλής
ενέργειας

Ion Beam Analysis (ΙΒΑ)
 Μία οικογένεια πειραματικών τεχνικών για την ανάλυση
της σύστασης των υλικών
 Βασίζεται στην εκπομπή χαρακτηριστικής ακτινοβολίας
που προέρχεται από επιταχυνόμενα σωματίδια
(δέσμη), τα οποία βομβαρδίζουν το υλικό του δείγματος
(στόχος)
 Χρησιμοποιείται δέσμη ιόντων, πρωτονίων ή νετρονίων
της τάξεως των MeV για τον προσδιορισμό της
σύστασης και του στοιχειακού προφίλ του βάθους στο
επιφανειακό στρώμα των δειγμάτων (depth profiling).

Ion Beam Analysis

PIGE (Particle Induced G-ray
Emission)
Βασικά Χαρακτηριστικά
 Για στόχους με χαμηλό ατομικό
αριθμό (Ζ) οι απώσεις Coulomb
είναι μικρότερες και έτσι μπορούμε
να εκμεταλλευτούμε τις, μικρής
εμβέλειας, πυρηνικές δυνάμεις που
έρχονται στο προσκήνιο.
 Σωματίδιο προσκρούει πάνω σε
πυρήνα δημιουργώντας ένα σύνθετο
διεγερμένο πυρήνα, ο οποίος
αποδιεγείρεται με εκπομπή ακτίνας γ
 Προϊόντα της αντίδρασης είναι οι
ακτίνες γ, οι οποίες αποτελούν
«αποτύπωση» του πυρήνα.

 Χρησιμοποιείται όταν η χημική
σύσταση του δείγματος είναι
ποιοτικά γνωστή, για τον
προσδιορισμό των ισοτόπων του.
 Τα πυρηνικά ενεργειακά επίπεδα
είναι χαρακτηριστικά για κάθε
ισότοπο, επομένως και η ενέργεια
της κάθε ακτίνας γ είναι
χαρακτηριστική των διαφόρων
ισοτόπων.
 Έχει την δυνατότητα
ποσοτικοποίησης των ισοτόπων
του δείγματος.
Emission)

Depth Profiling – Προφίλ του Βάθους
Τα φωτόνια δεν μας παρέχουν άμεση πληροφορία
Η κορυφή της ενέργειας της χαρακτηριστικής
ακτίνας γ δεν μεταβάλλεται με το βάθος (δεν
έχουμε απώλεια ενέργειας).
 Καθώς η ενέργεια της εισερχόμενης δέσμης
αυξάνεται ,το προσπίπτον ιόν περνά την ενέργεια
συντονισμού σε μακρύτερο βάθος και έτσι
μπορούμε να μετρήσουμε το προφίλ του βάθους
(depth profiling).
Emission)

Depth Profiling – Προφίλ του Βάθους
Για να γίνει το depth profiling θα
πρέπει να χρησιμοποιηθούν απότομοι
και ισχυροί συντονισμοί οι οποίοι
προκαλούν αύξηση της απόδοσης
(yield) ενέργειας της ακτίνας γ και με
αυτό τον τρόπο λειτουργούν σαν
«δείκτες ενέργειας» μέσα στο δείγμα.
Για να βρούμε που αντιστοιχούν αυτοί
οι δείκτες ενέργειας μέσα στο στόχο θα
πρέπει η ενέργεια της δέσμης να
αυξάνεται σταδιακά.
Κάθε επιλεγμένη τιμή ενέργειας της
ιοντικής δέσμης αντιστοιχεί σε ένα
συγκεκριμένο βάθος διείσδυσης του
στόχου. Η απόδοση (yield) της ακτίνας
γ μετριέται και αντικατοπτρίζει την
συγκέντρωση και τον τύπο του
ισοτόπου σε αυτό το βάθος.
Emission)

Πειραματικός Εξοπλισμός
 Ηλεκτροστατικός επιταχυντής σωματιδίων (πηγή
υψηλής ενέργειας της δέσμης) Cockroft - Walton ,
van de Graaff type ή tandem
 Vacuum chamber
 Ανιχνευτές NaI, BGO (βισμουθίου-γερμανίου),
Ge(Li), ή HPGe κατάλληλα για PIGE
 Για επεξεργασία του σήματος χρησιμοποιούνται
ηλεκτρονικές μονάδες επεξεργασίας όπως: ΝΙΜ
(Nuclear Instrument Module), CAMAC
(Computer-Automated Measurement And Control)

12
 Πηγή ιόντων
 Επιταχυντής υψηλής ενέργειας
 Στοιχεία Εστίασης
 Ανιχνευτής
Πειραματικός Εξοπλισμός

Πειραματική Διάταξη

Εφαρμογές της Τεχνικής

 Τέχνη και πολιτιστική κληρονομιά
 Αρχαιολογία και Χρονολόγηση
 Βιολογία και Εγκληματολογία
 Περιβάλλον
 Έλεγχος τεχνολογικών υλικών
15
Τσιντάρη Πελαγία, ΣΕΜΦΕ

Ion Beam AnalysisPIXE & PIGE

19

20

21

22

Προσδιορισμός φθορίου σε ανθρώπινα υγιή και
τερηδονισμένα δόντια χρησιμοποιώντας την
τεχνική PIGE.
 Τα υψηλά επίπεδα συγκέντρωσης του φθορίου στο
σμάλτο των δοντιών συμβάλλουν στην πρόληψη της
τερηδόνας.
 Μελετήθηκαν τα δόντια των πληθυσμών σε δύο
απομονωμένα νησιά στις Αζόρες στην Πορτογαλία(S.
Miguel – χαμηλή συγκέντρωση φθορίου, Terceira – υψηλή
συγκέντρωση φθορίου) .
 Χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος PIGE εκμεταλλευόμενη την
πυρηνική αντίδραση 19F(p,γ)16Ο .
 Οι μετρήσεις για τον προσδιορισμό του προφίλ του
βάθους υποδεικνύουν απότομες κορυφές στην επιφάνεια
του σμάλτου και λιγότερο οξείες στην περιοχή της
οδοντίνης

24
Φάσμα ακτίνων γ αφού έχουμε βομβαρδίσει ένα δόντι με δέσμη
πρωτονίων ενέργειας 2,4MeV.
Η μελέτη έδειξε πως η αύξηση της συγκέντρωσης του φθορίου στο
πόσιμο νερό που πίνουμε δεν συντελεί στην αύξηση της συγκέντρωση
φθορίου στην οδοντική περιοχή.

25
Αξιοποιώντας την επίδραση των πυρηνικών εκρήξεων
στην ατμόσφαιρα κατά τη διάρκεια του Ψυχρού Πολέμου

Οι πυρήνες που βρίσκονται
στους πολικούς πάγους
βοηθούν στην «επέκταση»
των αρχείων σχετικά με τις
ατμοσφαιρικές συνθήκες του
παρελθόντος.
Το χιόνι περιέχει ίχνη
αερίων και αερολυμάτων τα
οποία έχουν εναποτεθεί και
συμπιεστεί στο πάγο μέσω
της ατμόσφαιρας.

Συμπεράσματα
Η τεχνική PIGE :
 μετρά την χωρητικότητα και την κατανομή
του βάθους από την επιφάνεια έως κάποια
μικρόμετρα.
 δεν παρέχει πληροφορίες για την χημική
σύσταση, αλλά μόνο για τα ισότοπα του
δείγματος.
 είναι η ακριβέστερη από τις τεχνικές IBA για
τον προσδιορισμό του προφίλ του βάθους.
 είναι ελάχιστα καταστροφική .
σε υψηλή και συνεχή ένταση βομβαρδισμού, έχουμε φθορές.

Βιβλιογραφία
 Ion Beam Material Analysis. Fundamentals and Applications. Michael
Nastasi, James W. Mayer, Yongqiang Wang
 Nuclear ‘reaction Analysis (NRA) and Particle Induced g-ray
emission(PIGE) M.Kokkoris Department of Physics, National
Technical University of Athens
 Fundamentals of the Particle Induced Gamma-ray Emission (PIGE)
technique, experimental procedures and examples of PIGE analysis.
Massimo Chiari / I.N.F.N. Florence. http://labec.fi.infn.it/
 http://www.infn.it/index.php?lang=en
 Nuclear Physics techniques and methods for Cultural Heritage. P.A.
Mandò, http://www.enea.it/en/home-luglio-
2015?set_language=en&cl=en
 Fluorine determination in human healthy and carious teeth using the
PIGE method M.Lcarvalho, A.Gkarydas, C.Casac, Ch Zaakada, , T.
Paradellis, G. Kordas, G.Moraitou
28

Ευχαριστώ για την προσοχή
σας!
29
ΤΕΛΟΣ!

Η τεχνική Pige

Recommended

Recommended

More Related Content

Viewers also liked

Viewers also liked (20)

Η τεχνική Pige