Ход работы

Индивидуальный набор источников, выданный преподавателем: набор №6

Рисунок 1 – Набор изотопов №6

С помощью графика зависимости эффективности регистрации η

определить интенсивность каждой линии I по формуле:

Для ¹³⁷Cs 3.74372 кэВ

Для ¹³³Ba 5.53846 кэВ

Для ¹³³Ba 6.28654 кэВ

Для ⁵⁷Co 762.1092 кэВ

Вычисление активность по интенсивности линий для каждого радионуклида:

Для ¹³⁷Cs Бк

Для ¹³³Ba Бк

Для ¹³³Ba Бк

Для ⁵⁷Co Бк

Изотоп	Характерные кэВ линии	Энергия линии, кэВ	Площадь под пиком	Активность, Бк
^137Cs	663	3.74372	8423	0.0440
^133Ba	358	5.53846	12461	0.08925
^133Ba	304	6.28654	4181	0.34277
^57Co	137	762.1092	183127	71.2251

Таблица 1 – Активность радиоактивных источников

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое гамма-спектрометрия?

Гамма-спектрометрия – изучение распределения гамма-квантов, испускаемых исследуемым веществом, по энергиям — один из наиболее широко применяемых методов идентификации и количественного определения гамма-излучающих радионуклидов. Метод удобен, обычно не требует вскрытия проб, концентрирования и разделения радионуклидов. 2. Какой основной принцип лежит в основе гамма-спектрометрии?

Основными процессами взаимодействия гамма-излучения с веществом являются: фотоэффект, комптоновское рассеяние и образования электрон-позитронных пар.

Фотоэффект — процесс, в котором гамма-квант передает всю свою энергию электрону атома поглотителя. Электрон (как правило из ближайшей к ядру оболочки) покидает атом, энергия его равна энергии гамма-кванта за вычетом энергии связи электрона в атоме.

Комптоновское рассеяние — взаимодействие гамма-кванта с электроном, в результате которого только часть энергии гамма-кванта передается электрону, который покидает атом. Кроме того, испускается вторичный гамма-квант с энергией, меньшей, чем энергия исходного.

При взаимодействии высокоэнергетического гамма-кванта с полем ядра может произойти образование электрон-позитронной пары. Энергия образования пары равна сумме масс покоя электрона и позитрона и составляет 1,022 МэВ. Остальная энергия гамма-кванта переходит в кинетическую энергию электрона и позитрона. После того, как позитрон потеряет свою кинетическую энергию, происходит его аннигиляция с электроном вещества, при этом образуются два гамма-кванта с энергией 0,511 МэВ каждый, которые в свою очередь могут поглотиться веществом по механизму фотоэффекта или рассеяния на электронах. 3. Дайте характеристику гамма-излучению?

Гамма-излучение – это вид электромагнитного излучения, характеризующийся чрезвычайно малой длиной волны — менее 2⋅10⁻¹⁰ м — и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами. Относится к ионизирующим излучениям, то есть к излучениям, взаимодействие которых с веществом способно приводить к образованию ионов разных знаков. Гамма-излучение представляет собой поток фотонов, имеющих высокую энергию (гамма-квантов). Условно считается, что энергии квантов гамма-излучения превышают 105 эВ, хотя резкая граница между гамма- и рентгеновским излучением не определена. На шкале электромагнитных волн гамма-излучение граничит с рентгеновским излучением, занимая диапазон более высоких частот и энергий. В области 1—100 кэВ гамма-излучение и рентгеновское излучение различаются только по источнику: если квант излучается в ядерном переходе, то его принято относить к гамма-излучению; если при взаимодействиях электронов или при переходах в атомной электронной оболочке — к рентгеновскому излучению. С точки зрения физики, кванты электромагнитного излучения с одинаковой энергией не отличаются, поэтому такое разделение условно.

3.1 Гамма-лучи, в отличие от α-лучей и β-лучей, не содержат заряженных частиц и поэтому не отклоняются электрическими и магнитными полями и характеризуются большей проникающей способностью при равных энергиях и прочих равных условиях. Гамма-кванты вызывают ионизацию атомов вещества. Основные процессы, возникающие при прохождении гамма-излучения через вещество:

Фотоэффект — энергия гамма-кванта ПОГЛОЩАЕТСЯ электроном оболочки атома, и электрон, совершая работу выхода, покидает атом (который становится положительно ионизированным).

Комптон-эффект — гамма-квант РАССЕИВАЕТСЯ при взаимодействии с электроном, при этом образуется новый гамма-квант, меньшей энергии, что также сопровождается высвобождением электрона и ионизацией атома.

Эффект образования пар — гамма-квант в электрическом поле ядра превращается в электрон и позитрон.

Ядерный фотоэффект — при энергиях выше нескольких десятков МэВ гамма-квант способен выбивать нуклоны из ядра.

4.Опишите оборудование и принцип его действия необходимое для гамма-спектрометрии?

Основу гамма-спектрометра, изучаемого в данной работе, составляет цилиндрическая ионизационная камера с экранирующей сеткой. Камера работает в импульсном режиме, что обеспечивает возможность регистрировать отдельную частицу и определять ее энергию. В качестве рабочего вещества ионизационной камеры используется сжатый ксенон или другие благородные газы и их смеси. Для увеличения эффективности газовых спектрометрических детекторов применяются инертные газы с большим атомным номером. Одной из важнейших характеристик любого вещества, используемого для детектирования гамма-излучения является его способность поглощать гамма-кванты. Эта способность характеризуется вероятностью их взаимодействия с данным веществом. При взаимодействии гамма-кванта с рабочим веществом в ионизационной камере образуются ионы атомов ксенона и электроны, которые под действием электрического поля движутся соответственно к катоду и аноду. Поскольку скорость дрейфа электронов (vе) в ионизационной камере почти в тысячу раз больше скорости дрейфа тяжелых положительных ионов, то амплитуды импульсов в ионизационной камере, создаваемых движением электронов, будут во много раз превышать амплитуды импульсов, обусловленных движением тяжелых ионов. Образование наведенного заряда на аноде цилиндрической ионизационной камеры без экранирующей сетки осуществляется во время движения в ней заряженной частицы. При этом происходит зарядка и разрядка емкости С. Вследствие индукционного эффекта гамма-кванты с одинаковой энергией, провзаимодействовавшие в разных местах ионизационной камеры, создают на аноде сигналы различной амплитуды, что приводит к ухудшению энергетического разрешения гамма-спектрометра.

Гамма-спектрометрия - это метод анализа, основанный на измерении энергии и интенсивности излучения гамма-квантов, испускаемых радиоактивными изотопами. Оборудование для гамма-спектрометрии включает в себя следующие основные компоненты:

1. Детектор излучения: обычно это полупроводниковый детектор на основе германия или кремния, который способен регистрировать энергию и количество гамма-квантов.

2. Усилитель сигнала: усиливает сигнал, полученный от детектора, до уровня, пригодного для обработки.

3. Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП): преобразует аналоговый сигнал в цифровой, что упрощает его обработку и анализ.

4. Обработка данных: программное обеспечение для анализа и обработки данных, которое может включать в себя функции для фильтрации шумов, выделения пиков, определения энергии и количества гамма-квантов и т.д.

Принцип действия оборудования для гамма-спектрометрии основан на явлении взаимодействия гамма-кванта с веществом детектора. При этом происходит поглощение энергии гамма-кванта, которое приводит к образованию пары электрон-дырка в полупроводнике. В результате этого процесса возникает электрический заряд, пропорциональный поглощенной энергии гамма-кванта.