Задача 11. Эффект Комптона. Гамма-спектрометр. (Задачи атомного практикума), страница 2

Определить экспериментальнуювеличинукомптоновскогосмещения∆λисравнитьсизлучениястеоретическим, вычисленным по формуле (1).4.Измерениеэнергииэлектромагнитногопомощью сцинтилляционныхγ -спектрометров относится ккатегории высоко точных. Тем не менее это справедливо тольков том случае, когда выполняются определенные условия(диафрагмы, расположение источника и детектора, защитадетектора и т.д.), позволяющие уменьшить ошибки, связанныес конечными размерами пучкаслучае измерения энергииγ -излучения. В принципе вγ -лучей в установке, аналогичнойиспользуемой в данной задаче, ошибка складывается из:а)статистическойошибки,определяемойколичествомзарегистрированных событий ( I ) , и пропорциональной 1 /I;33б)ошибкизасчетчувствительностидетектирующегоустройства;в) ошибки, связанной с геометрией опыта (установки).Расчеты показывают, что за счет первых двух причиношибка в определении энергии в нашей установке (условияхопыта) может не превышать 10%; с учетом третьей причины°при измерении энергии рассеянных, например, под углом 45γ -квантов суммарная ошибка составляет ~ 20%.5.Оценить сечение фотоэффекта в NaI.

Для этого нужноγ -квантов, падающих на детектор ( S0 ), иопределить числоγ -квантов,числовзаимодействовавшихсвеществом,сцинтиллятора (NaI) с выделением фотоэлектронов ( S ф ).Подставив величины S0 и Sф в формулу (14) вычислитьσф(значение L см. в паспорте задачи). Величина Sф представляетсобой(приблизительно)поглощения»на(полученномбезплощадьподдифференциальномрассеивателя),полного«пикомспектреγ -квантовограниченнаядвумямаркерами: один маркер установить слева от «пика полногопоглощения» (в положение Amin рис.4), а второй - справа (конецспектра).6.Оценить эффективное сечение комптоновского рассеянияв NaI.

Для этого нужно определитьчислоγ − квантов,испытавших комптоновское рассеяние в веществе ( Sk ). Еслиодин маркер совместить с максимумом «пика обратногорассеяния», а второй - с положением Amin , то площадь подкривой, ограниченной с двух сторон маркерами, и будет34(приблизительно) равна Sk . По формуле (15), зная S0 изпредыдущего пункта, можно оценить иσk .4. Аппаратура и порядок ее включенияИсточникомизотопомγ -квантов служит ампула с радиоактивным137Cs . В рабочем положении ампула находится науровне коллимационного отверстия, которое может бытьзакрытосвинцом.Кристаллстильбенарасполагаетсянаподставке.

Кристалл может быть убран по мере необходимости.Детектор состоит из кристалла сцинтиллятора (NaI) и ФЭУ,смонтированных вместе и закрытых защитным кожухом. Водном блоке с детектором смонтирован катодный повторитель.Работа начинается с подачи высокого напряжения с блокавысоковольтного питания на ФЭУ. Для этого следует включитьтумблер «сеть» и дать прибору прогреться в течение 15 мин.Затем включить тумблер «высокое напряжение» и поставитьпереключатель «напряжение входа» в положение «вкл». Далееспомощьюкнопки«сеть»податьнапряжениенамногоканальную плату. Включить компьютер и монитор.ЗАДАНИЕВнастоящейзадачеприрегистрацииспектраиспользуется компьютер, поэтому перед началом работына установке необходимо ознакомиться с функциональнымназначением его клавишей (см.

Приложение).35I.Получить дифференциальный спектр прямого потокаγ -квантов. Для этого:1.Удалить кристалл стильбена с подставки. При этомнеобходимо исключить попаданиеγ -лучей на руки, длячего коллимационное отверстие должно быть закрытосвинцом.Поставить детектор под прямой потокγ -квантов. Затемубрать свинцовую защиту с коллимационного отверстия.

Послеэтогоприступитькнепосредственномуснятиюдифференциального спектра.2.На дифференциальном спектре определить «пик полногопоглощения», найти номер канала(Vполн ) ,соответствующий«пику полного поглощения». Пользуясь тем, что энергияγ − квантов137CsравнаEγ = hω = 662кэВ,определитькоэффициент пропорциональностиR = Eγ / Vполн = (662 / Vполн )(16)3.Найти положение «пика обратного рассеяния» (Vобр ) и спомощью вычисленного в п.2 значения R определить сначалазначение E180(E180= R ⋅ Vобр ), а затем комптоновский сдвиг∆λ180 ; сравнить полученный результат с теоретическим.°4.Определить энергию Ek края «комптоновского рассеяния»,поместив курсор в т.

«К» (точка перегиба).365.Используя данные пунктов 3 и 4, проверить законсохранения энергии.E662 = E180 + EkII. Оценить сечения процессов комптоновского рассеяния ифотопоглощения.1.Из дифференциального спектра, полученного в разделе I,можно определить площади под пиком фотопоглощения и подтой частью кривой, которая соответствует комптоновскомурассеяниюи,соответственно,оценитьсечениефотопоглощения и комптоновского рассеяния. Определитьплощадь под всей кривой.формулу2.Используяоценить(14),сечениефотопоглощения в NaI.3.Поформуле(15)оценитьсечениекомптоновскогорассеяния.III. Получить дифференциальные спектрыпод угламиγ − квантовϕ = 20° , 30° , 45° , 90°. (количество углов задаетпреподаватель).

Дифференциальные спектры для большихуглов рассеяния вызываются из библиотеки.1.Повернуть детектор под угломϕ к линии, соединяющейисточник и рассеиватель. На подставку поставить рассеиватель(кристаллэкспозициистильбена).(указаноУстановитьнадифференциальный спектр под угломнеобходимоеустановке).времяПолучитьϕ (аналогично пункту I):37определитьпоглощения»положение(Vполн ).максимумаПользуясь«пикаполногокоэффициентомR,определенным по формуле (16), вычислить Eϕ , а такжесоответствующие длины волнλϕ и комптоновское смещение∆λϕ , соответствующее углу рассеяния ϕ .2.

Величины комптоновского смещения, вычисленные в п.1,сравнить с теоретическими.3. Построить график зависимости 1 / Eγ от (1 − cos ϕ ).ПРИЛОЖЕНИЕ.1Программа находится в режиме изображения спектра. Слевавверху указаны данные, относящиеся к двум маркерам. Справавверху изображены номера каналов и время их работы смомента «старта» по текущий момент.

Слева над спектромдано текущее значение «интеграла», т.е. суммы импульсов повсем каналам с 1-го маркера по 2-ой. Справа указан номеризображаемого канала.В режиме изображения спектра программа реагирует наследующие клавиши:Shift Tab- изменение номера изображаемого канала.Tab- изменение номера действующего маркера,который может перемещаться вдоль экрана.PDn - продолжитьEsc - выход из Help382(←→)- изменение вдвое масштабов по горизонталиивертикали.- сдвиг окна изображения.PUp,PDnCtrl → , Ctrl ← ,- изменение координаты действующегомаркера.CtrlPUp,CtrlPDn- изменение режима изображения спектраINS(гисто-грамма или точки).ENTER- вход в главное меню. В верхней частиэкранав центре появится его изображение.ESC- нормальный выход из программы.

При этомвсепараметры изображения спектра сохраняютсявфайле с расширением .CFG.PDn - продолжитьESC - выход изHelp3Главноеменю.Программареагируетнаследующиеклавиши:стрелки ↑ ↓- изменение команды. Название той команды,которая будет выполняться, закрашенокрасным.39ESC- выход в режим изображения спектра.ENTER- выполнение заданной команды:«Старт»- запуск действующих каналов. При этомобнуляются и запускаются соответствующиесчетчики времени, цвет окна номера канала вправомверхнемуглуэкрана-белый.Программапереходит в режим изображения спектра.PDn- продолжитьESC- выходизHelp4«Стоп»- остановка набора в действующих каналах.«Очистить» - очищение экрана.Программа переходит врежимизображения спектра.«Канал»- программа переходит в меню измененияномерадействующих каналов и времениэкспозиции набора спектра.«Вн.устр.»- программа переходит в меню внешнихустройствдля сохранения спектров.PDn- продолжитьизHelp5ESC - выход40Меню «Канал» позволяет выбрать один из каналов АЦП (иливсе), на который далее будут воздействовать функции «Старт»,«Стоп» и «Очистить».Программа воспринимает клавиши:стрелки↑↓- выбор номера канала АЦП.ESC- вход в главное меню.ENTER- изменение времени экспозиции набора.ESC - выход изHelp6Задать время экспозиции набора спектра по трафарету.Активные клавиши:0 - 9, ( ←, → )ESCENTER- отказ от набранных цифр.- ввод набранного времени.

Выход в главноеменю.ESCHelp- выход из.