5.6.-izmerenie-betta_spektrov (810745)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Работа 5.6ИЗМЕРЕНИЕ -СПЕКТРОВ С ПОМОЩЬЮСЦИНТИЛЛЯЦИОННОГО ПЛАСТИКОВОГО ДЕТЕКТОРАредакция 10 сентября 2016 годаВ сцинтилляционном пластиковом детекторе световые вспышки возникают за счет взаимодействия электронов с материалом детектора. Эти электроны могут попадать в сцинтиллятор от внешнего β-активного источника, либопоявляться непосредственно в материале детектора за счет взаимодействия квантов от внешнего источника излучений. Такими процессами являютсяфотоэффект, комптоновское рассеяние и рождение электрон-позитронныхпар.

Рекомбинация электронов превращает их энергию в световые вспышки,яркость которых пропорциональна энергии возникающего электрона. Этивспышки регистрируются фотоэлектронным умножителем (ФЭУ). Поэтомусцинтиллятор с присоединенным к нему на оптическом контакте ФЭУ служит спектрометром. Процессы взаимодействия гамма-квантов с веществом иосновы сцинтилляционной спектрометрии подробно рассмотрены во введении к главе V и в Приложении II.6.

учебного пособия «Лабораторный практикум по общей физике. Том 3. Квантовая физика».Для спектрометрии гамма-излучения используется обычно неорганическийкристалл NaI(Tl). На рис. 1 в качестве примера показан спектр 60Co. Следуетподчеркнуть, что в подавляющем большинстве случаев искусственные источники гамма-излучения являются бета-источниками, в которых после бетараспада образуется дочернее ядро в возбужденном состоянии. В данномслучае мы имеем дело с бета-переходом из 60Co в ядро 60Ni, как это показанона рисунке. Время жизни этого гамма-источника определяется периодомполураспада 60Co, равного 5,2 года, а время гамма-переходов при снятиивозбуждения в ядре 60Ni очень мало (≈10-10 с).1ХарактеристическоеизлучениеПик обратногорассеянияКомптоновскийкрайФотопикФотопикE1=1,173 МэВE2=1,332 МэВРис.1.

Гамма-спектр радиоактивного источника 60Co, полученный при регистрации излучения сцинтилляционным гамма-спектрометром с кристалломNaI(Tl). В нижней части рисунка показана схема распада этого ядра.При бета-распаде 60Со образуется радиоактивный 60Ni преимущественно ввозбужденном состоянии с энергией 2,505 МэВ, либо с энергией 1,332 МэВ.Вероятность гамма-перехода определяется спином и четностью исходного иконечного состояний. В нашем случае при переходе на основное состояниедолжен испускаться 4+-квант, а на возбужденное – 2+ (оно намного болеевероятно).

Поэтому в гамма-спектре наблюдаются две гамма-линии с энергиями 1,173 МэВ и 1,332 МэВ, соответствующие переходам из второго возбужденного состояние в первое и из первого в основное состояние. На рис. 1видны два фотопика, соответствующие этим квантам. Кроме того, наблюдается непрерывное комптоновское излучение, пик обратного рассеяния ихарактеристическое излучение из свинца, служащего защитой детектора откосмического излучения.В редких случаях, при сочетании высокой степени подавления (большаяразница в спинах уровней возбужденного и основного состояний ядра) смалой энергией перехода, могут наблюдаться гамма-активные ядра с временами жизни макроскопического порядка – гамма-изомеры.

Так, например, вядре 105In основное состояние имеет характеристику 9/2 +, а первый возбуж2денный уровень с энергией 335 кэВ – характеристику 1/2–. Переход этотнастолько подавлен, что время жизни возбужденного уровня оказываетсяравным 14,4 часа.Пробег электронов в алюминии Re с достаточно хорошей точностью можнорассчитывать по формулеRe ≈ 0,5 E,2где Re выражается в г/см , а Е – в МэВ. Видно, что пробег электронов с энергией 1 МэВ равен толщине 0,5 г/см2, что соответствует примерно 2 мм.Сцинтилляционный кристалл NaI(Tl) гигроскопичен и поэтому помещается во влагонепроницаемую оболочку. Тем самым внешние β-распадные электроны практически не попадают в кристалл и не регистрируются.

Пластиковые кристаллы защищены очень тонкой светонепроницаемой пленкой, и с ихпомощью легко детектируются внешние электроны. Как было выше указано,гамма-излучению от стандартных источников всегда сопутствуют бетараспадные электроны. Если мы хотим избавиться от попадания этих электронов в сцинтиллятор, достаточно прикрыть бета-источник монеткой.Как показано во введении к главе V учебного пособия «Лабораторныйпрактикум по общей физике. Том 3. Квантовая физика», сечение фотоэффекта очень сильно зависит от заряда Z ядра атомов, на которых происходитвнешний фотоэффект:σф ~ Z5.В состав неорганических кристаллов (например, NaI) входят элементы сбольшим атомным номером (для NaI это атомы йода) и поэтому в них ярковыражен пик полного поглощения, обусловленный фотоэффектом, как этовидно из рис.1. Амплитудный спектр при регистрации гамма-квантов сиспользованием пластикового сцинтиллятора представляет собой непрерывное распределение, обусловленное комптоновским рассеянием.

Границакомптоновского спектра соответствует гамма-квантам, рассеянным на 180.В отличии от неорганических кристаллов, в пластиковых сцинтилляторах,состоящих из химических элементов с малым Z, мы видим практическитолько электроны, возникающие при комптоновском рассеянии и рождениипар.

В этих кристаллах вероятность фотоэффекта даже для гамма-квантов сэнергией 50 кэВ приблизительно в 20 раз меньше вероятности комптоновского рассеяния. Для иллюстрации на рис. 2 приведен гамма-спектр гаммаквантов с энергией 4,5 МэВ, зарегистрированный органическим кристаллом –стильбеном.3Рис. 2. Функция отклика органического кристалла (стильбена)на 4,5 МэВ гамма-кванты.Принципиальная блок-схема гамма-спектрометра, изучаемого в даннойработе, показана на рис. 3.Рис. 3. Принципиальная блок-схема спектрометраНа этом рисунке: 1 – сцинтиллятор, 2 – ФЭУ, 3 – предусилитель импульсов, 4 – высоковольтный блок питания для ФЭУ, 5 – блок преобразованияаналоговых импульсов с ФЭУ в цифровой код (АЦП), 6 – компьютер длясбора данных, их обработки и хранения.Как известно, энергетический спектр электронов при β- распаде непрерывен, однако часто в спектре наблюдаются и монохроматические линии, обязанные электронам конверсии.

Это дает возможность прокалибровать измеряемые амплитудные спектры по энергии. В частности, в распадном спектре137Cs энергия конверсионных электронов равна 624 кэВ.Порядок проведения работы и обработка результатов1. Включите компьютер и питание экспериментальной установки. Откройте под своим именем папку, в которую будете записывать полученныеданные. Переписав эти данные на внешний носитель (флешку), Вы сможете дома обрабатывать полученные результаты.2. Сначала запустите программу Excel, а затем программу Прогресс нарабочем столе компьютера.43. Установите в свинцовом блоке образец с источником 137Cs.

Выберите вменю пункт: ПУСК. Примерно через 300 секунд (время в секундах отображается внутри значка) выберите в меню пункт:СТОП для остановки счета. На экране отображается спектр источника.Вертикальный масштаб отображения спектра можно менять путем перемещения указателя мыши по полю спектра при нажатой левой кнопкемыши.4. Проведите измерение фона.

Для этого удалите из свинцового блока образец с источником 137Cs и установите в нем пустую чистую кювету.Выберите в меню пункт ОЧИСТКА, затем ПУСК.Примерно через 10 минут остановите счет, выбрав СТОП. Убедитесь, что на полученной картине фонового спектра отсутствуют признаки наличия радиоактивных источников.5.

Снова установите в свинцовом блоке образец с источником 137Cs. Выберите в меню пункт: ОЧИСТКА, затем ПУСК. Примерночерез 10 минут остановите счет, выбрав СТОП. Нажав на вертикальный репер (вертикальная прямая линия) левой кнопкой мыши,можно перемещать его по спектру и определять текущий номер канала.Номера каналов отображаются также на горизонтальной оси. Программапозволяет растянуть участок спектра так, чтобы интересующая областьспектра была подробно прорисована на экране. Для изменения вертикального масштаба отображения спектра нажмите левую кнопку мыши идвигайте ее вверх или вниз.

Для изменения горизонтального масштабаотображения спектра переместите мышью край горизонтальной полосыпрокрутки, находящейся на шкале абсцисс графика. Для определенияномеров какала на экране присутствуют два маркера (две вертикальныепрямые линии). Их можно перемещать с помощью мыши по спектру.

Нарис. 4 приведена схема распада 137Cs.Рис. 4. Схема распада 137Cs.При распаде ядра 137Cs помимо гамма-излучения с энергией 0,662 МэВ,возникают преимущественно еще электроны с граничной энергией0,512 МэВ. Кроме того, при распаде 137Cs возникают также электронывнутренней конверсии с фиксированной энергией 0,624 МэВ. Однакокомптоновский край от гамма-квантов с энергией 0,662 МэВ накладывается на край распределения электронов с граничной энергией 0,512 МэВ.5Поэтому в нашем случае виден только пик, соответствующий конверсионным электронам с энергией Eк = 0,624 МэВ. Определите номер каналаNк, соответствующий этому пику.Для сцинтилляционного детектора номер канала пропорционаленэнергии электронов. Зная номер канала Nк и энергию Eк конверсионныхэлектронов, постройте линейный калибровочный график зависимостиномера канала Ni от энергии электрона Ei : Ni = a Ei .Перенесите данные полученного спектра в программу Excel.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лабораторной работы