Výzkumný záměr 40: Využití radionuklidů a ionizujícího záření.
Na projektu se podílí několik pracovišť ČVUT. Jsou to
pracovníci některých kateder Fakulty jaderné a
fyzikálně inženýrské (
FJFI) (katedra dozimetrie a
aplikace ionizujícího záření -
KDAIZ,
katedra jaderné chemie -
KJCH,
katedra fyzikální
elektroniky -
KFE, katedra
jaderných reaktorů -
KJR,
katedra
inženýrství pevných látek -
KIPL) a
dále pracovníci dvou výzkumných center ČVUT
(Centrum radiochemie a radiační chemie -
CRRC, Ústav
technické a experimentální fyziky -
ÚTEF),
na činnosti v rámci Laboratoře kvantitativních metod
výzkumu památek se zúčastní též
pracovníci Fakulty stavební (
FSv) a Fakulty architektury
(
FA).
ÚTEF se v rámci projektu věnuje vývoji a
optimalizaci detektorů pro nejrůznější oblasti použití.
Významnou roli zde hrají různé adaptace
pixelových detektorů rodiny
Medipix. Zde uveďme jen
výčet jednotlivých směrů:
Dílčí cíle
projektu na pracovišti ÚTEF ČVUT:
2007:
- Návrh metody a zařízení pro měření
radonu a thoronu ve vzduchu. Realizace alespoň detekční
části prototypu,
- Kalibrace koincidenční
spektroskopické aparatury a její testy na
jednodušších etalonových vzorcích [1],
- Studium možností práce pixelových detektorů
typu Medipix ve vakuu (pro účely studia kanálování-blokování),
návrh vhodné metody chlazení, testy stability
parametrů detektoru při práci ve vakuu,
- Testy detektorů Medipix pro polohově citlivou detekci těžkých
nabitých částic [2],
testy možností získání časové
značky, případně i analogové informace o celkové
energii částice [3],
- Optimalizace stávajících
planárních detektorů jednotlivých neutronů z
hlediska účinnosti a prostorového rozlišeni pomocí
optimalizace složení a tvaru vrstvy konvertoru [4]
- Neutronografie jednoduchých
objektů (přímá hrana, kruhová clonka atp.) pro
stanovení vlastností detektoru,
- Příprava technologie výroby
diskrétních „nadívaných“ detektorů pro
neutronografii [7],
- Testy aplikace neutronografických postupů pro defektoskopii,
- Vývoj a testy tomografických
metod pro použití v rentgenografii i neutronografii [8] [9] [10] [11].
2008:
- Realizace zařízení pro měření malých
koncentrací radonu a thoronu ve vzduchu a jeho kalibrace,
- Použití koincidenční aparatury pro vzorky se
složitými matricemi, stanovení limitů aparatury,
- Experimenty ve vakuu s polohově citlivými detektory
těžkých nabitých částic k měření efektů
"kanálování" a "blokování",
- Výroba a testy diskrétních
„nadívaných“ detektorů, optimalizace jejich parametrů,
- Použití metod tomografické rekonstrukce v
dynamické defektoskopii pomocí X záření,
- Zpracování metodiky kalibrace pro transmisní
měření pomocí pixelových detektorů pomalých
neutronů, příprava kalibračních vzorků různých
materiálů. Stanovení přesnosti měření tloušťky a
příčných rozměrů objektu.
- Použití metod tomografické rekonstrukce v
neutronografii pro defektoskopii kompositních materiálů a
lepených spojů, analýzu struktury kostí a
jiných biologických vzorků,
- Neutronografické sledování pomalých
dynamických dějů (např. pohyb vody v biologických
vzorcích, difúze Li v polymerech, tečení plastů
atp.).
2009:
- Dlouhodobé testy zařízení pro měření
koncentrace radonu a thoronu ve vzduchu,
- Testy použití koincidenční aparatury pro
měření zpožděných koincidencí,
- Experimenty použití polohově citlivých detektorů
těžkých nabitých částic (analýza povrchů a
tenkých vrstev technikou Rutherfordova zpětného rozptylu,
atd.),
- Využití detektorů pro experimenty v oblasti
neutronové difrakční optiky - prostorová fokusace
neutronového svazku pomocí elasticky ohnutých
dokonalých monokrystalů,
- Experimenty v oblasti neutronové difrakční
topografie, zejména na vzorcích monokrystalických
superslitin na bázi niklu - zobrazení prostorového
a úhlového rozložení mozaikových bloků v
moderních technologicky významných
materiálech,
- Neutronografické analýzy vzorků z praxe,
- Návrh polohově citlivého „nadívaného“
detektoru jednotlivých neutronů.
2010:
- Doplnění koincidenční spektroskopické
aparatury o scintilační detektor pro zpřesnění
měření času. Studium možnosti práce v různých
režimech (koincidence-antikoincidence) a jejich využití při
separaci jednotlivých složek signálu z detektorů,
- Návrh detektoru rychlých neutronů, Monte-Carlo
simulace procesu detekce,
- Testy základních charakteristik pixelových
"nadívaných" detektorů,
- Sledování rychlejších dynamických
dějů pomocí neutronografie s "nadívanými"
pixelovými detektory,
- Metodické testy zobrazování s
využitím rozptýlených pomalých neutronů.
Vymezení použitelnosti informace z rozptýlených
neutronů,
- Neutronografie reálných objektů.
2011:
- Adaptace koincidenční aparatury pro
testování časových charakteristik
polovodičových detektorů ke studiu procesu sběru náboje v
těchto detektorech,
- Zpracování metodiky kalibrace pro transmisní
měření pomocí detektorů rychlých neutronů,
příprava kalibračních vzorků různých
materiálů, stanovení přesnosti měření tloušťky a
příčných rozměrů objektu, porovnání s
analogickými vlastnostmi neutronografie s pomalými
neutrony,
- Optimalizace parametrů „nadívaných“ detektorů
jednotlivých pomalých neutronů,
- Studium možností 3D rekonstrukce objektu pomocí
polohově citlivé detekce rozptýlených neutronů,
- Dynamická neutronová defektoskopie pomocí
„nadívaných“ detektorů,
- Aplikace osvojených zobrazovacích metod v
dalších oborech,
2012:
- Konstrukce experimentálního
uspořádání pro současné
provádění tomografických měření
pomocí transmisní i rozptylové neutronografie,
- Návrh aparatury pro současnou diagnostiku vnitřní
struktury i vnějšího tvaru objektu kombinací více
radiografických metod (rentgenografie, neutronografie,
využití rozptýlených neutronů, případně
fotonů, optické sledování objektu, případně
i analýza povrchu pomocí těžkých nabitých
částic, nebo analýza prvkového složení
vzorku pomocí spektroskopické techniky aktivační
analýzy),
- Aplikace osvojených zobrazovacích metod v
dalších oborech,
Předpokládané výsledky:
Dalšími výsledky řešení záměru bude
osvojení několika nových analytických metod a
postupů pro studium vnitřní i vnější struktury vzorků
nerostného a organického původu a prvkového
složení materiálových vzorků. Výsledky lze
shrnout následovně:
- Aparatura
pro precizní koincidenční gama
spektroskopii umožňující stanovování
koncentrace daných izotopů v neznámém vzorku
životního prostředí metodou koincidenční
neutronové aktivační analýzy
(předpokládané zprovoznění již v roce 2007).
- Diskrétní
(single-pad) detektor jednotlivých
pomalých neutronů s vysokou účinností
pracující při pokojové teplotě, vhodný
například pro monitorování pomalých
neutronů ve vysokém radiačním pozadí
(očekávané dokončení v roce 2007).
- Zařízení pro
standardní
stanovování koncentrace radonu a thoronu ve vzduchu s
vysokou citlivostí (dokončení očekáváno v
roce 2008).
- Diskrétní detektor jednotlivých
rychlých neutronů vhodný například pro
monitorování neutronového radiačního
pozadí (dokončení v roce 2009).
- Polohově citlivý detektor jednotlivých
pomalých neutronů s vysokým rozlišením (setiny
milimetrů) a účinností (desítky procent). Tento
typ detektoru umožní zavedení neutronografických
metod do běžné praxe (očekávané dokončení
do režimu běžného provozu v závěru projektu, tj. v letech
2011-2012).
- Metody 3D rekonstrukce struktury objektu pomocí
transmisní i dispersní neutronografie a transmisní
rentgenoskopie (průběžně).
Mimo těchto technologických a metodických výstupů
bude výsledkem řešení i řada aplikací těchto
výsledků na problematiku jiných vědních či
technických disciplín. Půjde především o
stanovení použitelnosti, případně limitů dané
metody v konkrétních oblastech. Podle současného
stavu poznání půjde o aplikace ke:
- studiu povrchu objektů pomocí detekce těžkých
nabitých částic,
- studiu jevů kanálování
a
blokování těžkých nabitých
částic v
krystalických strukturách,
- analýze vnitřní stavby objektů pomocí
neutronografie i rentgenografie s
polovodičovými
pixelovými detektory (včetně porovnání obou metod
z hlediska použitelnosti),
- použití tomografických
technik pro 3D rekonstrukci
struktury objektu pomocí záření X i
pomalých neutronů,
- sledování dynamických dějů pomocí
rentgenografie i neutronografie s polovodičovými
pixelovými detektory,
- demonstraci a srovnání použití
neutronografie i rentgenografie pro zobrazení struktury
biologických vzorků
(struktura kosti),
- demonstraci a srovnání použití
neutronografie i rentgenografie pro defektoskopii různých
materiálů.
Periodické zprávy za pracoviště ÚTEF: