Gama spektroskopie

Autor – Ondřej Sláma – je finalistou v soutěži vědeckotechnických projektů středoškoláků Expo Science Amavet. Právě maturoval na Česko-anglickém gymnáziu v Českých Budějovicích. O svém projektu nám napsal.

O čem to je

Můj projekt je součástí výzkumů, které hledají cesty, jak zmenšit množství radioaktivního odpadu z jaderných elektráren. Jednou z nich je použít urychlovačem řízené transmutory. Tato zařízení využívají neutrony, jejichž „chování“ je třeba zkoumat v různých materiálech. Je to možné i pomocí malých vzorků materiálů. Pokud vzorek vložíme do sestavy, ve které díky reakcím neutronů s atomovými jádry vznikají radioaktivní jádra vyzařující při svém následném rozpadu mimo jiné i záření gama, jsme schopni díky analýze spekter gama záření zjistit počet a vlastnosti radioaktivních jader a díky tomu chování neutronů popsat. Gama záření, respektive jeho energie, je totiž specifická pro každý prvek a každý jeho izotop. Spektra záření získáme z kalibrovaného detektoru pomocí speciálního softwaru pro detekci záření. Analýza spekter zahrnuje vyhodnocování poloh a ploch píků (maxim ve spektrech) a provádění výpočtů s takto získanými daty. Mým úkolem bylo toto záření analyzovat a vyvodit z analýzy závěry. Získaná data jsem použil pro analýzu vlastností detektoru a pro jeho přípravu na skutečné měření – detektor musí být kalibrován tak, aby při měření dělal co nejmenší chyby. Dalším cílem bylo určit, jak je ovlivněn výsledek měření tím, že měřené vzorky nejsou bodové, ale mají tvar čtverce o rozměru 2 x 2 cm. Posledním úkolem bylo ověřit, zda se může používat simulační program pro korekci výpočtů, který je založen na metodě Monte Carlo.

Postup práce

Jednoduchý teoreticky, velmi obtížný prakticky. Potřeboval jsem získat kontakt na Ústav jaderné fyziky Akademie věd ČR (ÚJF), což se mi po mnoha týdnech psaní různým lidem (kdy jsem se ne vždy setkal s přívětivou odpovědí) nakonec úspěšně podařilo. Pak už „jen“ stačilo plnit úkoly, kterými mě moji konzultanti pověřovali. Mezi to patřila práce s programem Deimos32 pro získání dat ze spekter záření (konkrétně to bylo hledání píků spektra a zápis vlastností každého z nich), dále zapisování dat do tabulek a provádění matematických operací s nimi.

Výsledky

Došel jsem k následujícím třem výsledkům.

• Vlastnosti detektoru jsou relativně dobré. Asymetrie, která je nyní započítána do dalších měření, se projevuje pouze ve směru zepředu-dozadu a je malá.
  
• Vliv použití plošných vzorků (odchylka od bodového) je menší než 4 %.
  
• Výsledky simulačního programu se v mezích chyb shodují se skutečnými výsledky naměřenými tímto experimentem. Tím je ověřena jeho správnost a může se i nadále v ÚJF používat, společně s ostatními závěry tohoto projektu, pro další měření přispívající k rozvoji jaderné energie a k vývoji technologie transmutace vyhořelého jaderného paliva.

Význam pro praxi

Projekt je malou součástí globálního výzkumu hledajícího nové možnosti využití jaderné fyziky pro běžný život. Mé konkrétní výsledky používá ÚJF pro svá další experimentální měření. Mé výsledky byly i zveřejněny ve vědecké práci „Monte Carlo method in neutron activation analysis“, jejímiž autory jsou lidé ze skupiny studující tříštivé reakce jako zdroj neutronů pro přeměnu nuklidů.

Proč jsem se do něčeho takového pustil?

Zaprvé, rozhoduji se kam na vysokou školu. Někdo má volbu rozhodnutou od „mala“, jiný ne (sem patřím já). Potřeboval jsem si svou volbu ověřit. Proto jsem se pustil do projektu z oboru jaderná fyzika – abych se ujistil, zda mě tato oblast skutečně baví. Zadruhé, poslal jsem přihlášku do Stipendijního programu Skupiny ČEZ – Projekt bakalář. Pokud bych uspěl v psychodiagnostickém vyšetření, doufal jsem, že by mi projekt byl v následujících výběrových řízeních užitečný. Celý projekt pro mě ale nemá význam pouze z hlediska výběru vysoké školy nebo pro zvýšení šance na zisk renomovaného povolání, jde i o prohloubení znalostí, ať už z oboru, nebo v soutěžích (kde jsem se mimo jiné i seznámil s několika osobnostmi a poznal spoustu příjemných lidí), díky kterým se posunete opět o kus dál ve schopnostech prezentovat sebe sama a svou práci. To je ohromě důležité pro budoucí kariéru v jakémkoli oboru: vždy se budete muset umět prezentovat před odborníky aby viděli, že hledaný potenciál je právě ve vás. Také si zlepšíte angličtinu, neboť pro vědu je třeba umět mezinárodní jazyk. Dále získáte spoustu dalších individuálních zkušeností, ať už z jednání s lidmi nebo z poučení, jak postupovat při řešení problému, jelikož ne každý pracuje na nějakém vědeckém projektu už ve středoškolských letech. Takto bych mohl pokračovat ještě hodně dlouho. Nezbytných zkušeností získáte opravdu mnoho, čímž se „posunete nad vaše vrstevníky“; skončím tím, že jde i o dobrý pocit, že jsem konečně udělal něco užitečného...

Mé další plány

Pokud jde o tuto vědeckou práci, naskytla se mi obrovská příležitost: dostal jsem totiž nabídku již nyní začít pracovat na své bakalářské práci – konkrétně rozvinout tento projekt do měřítka bakalářských prací. To mi dává šanci nastartovat velmi slibně mou kariéru, neboť s tím se mi i obrovsky zvětšuje šance přijetí na populární zahraniční univerzity. V oboru je vždy zájem o lidi, kteří jsou ochotni své práci něco obětovat. Projekt mi tedy, kromě již zmíněných zkušeností z oboru a z prezentování se, otevírá cestu dále, dostat se na prestižnější a oceňovanější místa. A čím dříve se na tom začne pracovat, tím lépe. Žádný člověk nemůže nikdy tvrdit, že práce a dřina za získané zkušenosti nestála...

---

Letní škola FJFI
Letní studentské soustředění TCN probíhá po dobu 2 týdnů v táboře v Nesměři nedaleko Velkého Meziříčí. Umožňuje okusit, jak bude vypadat studium na FJFI, jaké zaměření si následně můžeme zvolit a čím se po absolvování můžeme živit. Soustředění spojuje nijak příliš náročnou výuku s nesmírně zajímavými přednáškami. Jde např. o přednášku vedoucího reaktorového bloku Jaderné elektrárny Temelín, návštěvu Jaderné elektrárny Dukovany, princip a moderní využití laserů apod. Nezapomíná se ani na zábavu – na programu jsou různé táborské hry (i vědomostní), volejbal a jiné aktivity. Právě díky tomuto soustředění jsem se rozhodl si podat přihlášku do Stipendijního programu Skupiny ČEZ – Projekt bakalář. Kromě získání nových znalostí z matematiky, fyziky a prezentačních dovedností jsem zde navázal i několik přátelství s lidmi, kteří pravděpodobně hodlají jít stejným směrem jako já. Je pravděpodobné, že se můžeme později potkat ve vysokoškolských učebnách. A není bezvadné začít na nové škole již s kamarády?

Více informací na:
http://www.slonvporcelanu.cz/tcn/TCN_2010/Uvod.html