Добрецов Сборник лабораторных работ по ядерной физике ч.2 2010

NaI = 3,67 г/см3 ;

толщина сцинтиллятора сцинтиллятора NaI L = 5 см; коэффициенты полного поглощения -квантов в NaI:

(661 кэВ)	0,0085см2/г;
(39 кэВ)	18,7 см2/г;
(5 кэВ)	721,3 cм2/г.

На рис. 9.4 представлены зависимости µ(Eγ) в NaI для различных процессов взаимодействия γ-квантов с веществом.

Для области энергий 5 50 кэВ основным процессом взаимодействия является фотоэффект, для области энергий 660 кэВ

– комптоновское рассеяние. Разделить сигналы с детектора от электронов β- -распада и от γ-квантов, испытавших комптоновское

рассеяние, невозможно. Но на спектре очень хорошо выделяется пик от фотоэффекта.

Рис. 9.4 Геометрия эксперимента одинакова для ХРИ и γ-квантов с

энергией 661.7 кэВ, поэтому следует учитывать только различие в

30

эффективности регистрации рентгеновских и γ-квантов. Оценку истинного значения зарегистрированных γ-квантов Nист на основе экспериментального значения – Nэксп с учѐтом выражения (9.5) следует производить по формуле:

Nист = Nэксп / (E).

(9.6)

Электроны и кванты вылетают из источника изотропно, поэтому будут регистрироваться только частицы или кванты, которые вылетают в нижнюю полусферу. Процессы вылета

электрона от β --распада ядра 137 Cs и снятие возбуждения ядра

137 55

56 Ba разнесены во времени для нашей установки, а процессы конверсии, перестройки оболочек и образования ХРИ или Ожеэлектронов нет. Кроме того, гамма-кванты ХРИ и конверсионные

электроны могут вылетать в одну полусферу либо в разные. Если квант ХРИ вылетает в нижнюю полусферу, а конверсионный электрон – в верхнюю, то в установке возникнет сигнал, соответствующий энерговыделению в детекторе 5 или 37 кэВ. Если оба вылетают в нижнюю полусферу, в детекторе возникнет сигнал соответствующий энерговыделению в детекторе в районе 660 кэВ. Поэтому для оценки истинного значения количества квантов ХРИ необходимо удвоить количество экспериментальных отчѐтов квантов ХРИ.

Тогда формула (9.4) преобразуется с учѐтом (9.6) следующим

образом:
Nек = 2 Nкхри /(ω(Z)*	(E));	(9.7)
Nеl = 2 Nlхри /(ω(Z)*	(E));
ω(56)*= 0,9077.

По этой же причине следует уменьшить количество отсчетов в правом пике Nγэкс на величину Nlхри + Nкхри для оценки истинного значения квантов Nγ:

Nγ =( Nγэкс - Nlхри - Nкхри )/ (E)	(9.8)
Коэффициент внутренней конверсии для К- и L-оболочек
будем вычислять по формулам
αк = Nек /( Nγ+Nек );	(9.9)
αl = Nеl /( Nγ+Nеl ).

31

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Рис.	9.5		Рис. 9.6
Экспериментальная установка			представлена на рис. 9.5 и
9.6. Она включает в себя детектор			γ-излучения состоящий из
радиоактивного	источника 137 Ba ,	Pb-защиты от радиации, К-
	56

коллиматора, кристалла NaI и фотоэлектронного фотоумножителя (ФЭУ). Процессор SBS-79, установленный в PCI слот компьютера, вырабатывает высокое напряжение, необходимое для работы ФЭУ и оцифровывает амплитуды сигналов от ФЭУ.

Программное обеспечение позволяет проводить настройку высокого напряжения на ФЭУ, подбирать режимы измерений, осуществлять калибровку спектрометра и сохранять набранные спектры на жестком диске компьютера.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Включение и подготовка установки к работе.

1.1.Проверить подключение высоковольтных и сигнальных разъемов лабораторной установки.

1.2.Включить компьютер, запустить программу «ESBS». Ярлык программы находится на рабочем столе компьютера. Высокое напряжение на детектор не подавать! Рабочее окно программы показано на рис. 9.7.

32

1.3. Войти в меню «Настройка спектрометра»\«Настройки»,

нажав на иконку с молотком и гаечным ключом на панели инструментов. В нижней части открывшегося окна нажать кнопку «Загрузить».

В открывшемся окне «Открытие файла» выбрать файл «Lab09.sbs» и нажать кнопку «Открыть» (см. рис. 9.7). Вернуться в окно «Настройки». Включить высокое напряжение, нажав кнопку «Вкл». Вернуться в основное окно программы после подачи высокого напряжения на ФЭУ.

Рис. 9.7. Вид окон настройки спектрометра

33

1.4. Войти в меню «Параметры набора спектра» \ «Набор»,

нажав на иконку на панели инструментов. Загрузить параметры набора спектра (Профиль). Для этого щѐлкнуть мышкой по файлу «Lab-09» в левой части окна (рис. 9.8). Вернуться в основное окно программы.

Рис. 9.8. Окно параметры набора спектра

Более подробно с работой программы можно ознакомиться в «Руководстве оператора» (файл Руководство оператора.pdf).

2. Порядок проведения измерений.

2.1.Установить источник ионизирующего излучения (ИИИ) 13755 Cs непосредственно перед началом набора спектра.

2.2.Произвести набор спектра, нажав на зеленую стрелку панели инструментов. Зафиксировать расположение каталога и название файла с измерением спектра в самой верхней строке в левом углу экрана рис. 9.3.

Наблюдать энергетический спектр и три хорошо заметных пика. Установить ROI (границы для областей спектров) этих трех пиков (области спектра, выделенные на рис. 9.3). Для этого переместить

указатель мыши в область левее оси Y спектра, появится дополнительные иконки, одна из которых – «ROI». Нажать ее и после этого перемещать указатель на центры пиков и нажать левую кнопку мыши. После установки «ROI», вернуться в левую часть спектра и повторно нажать «ROI» (более подробно см. «Руководство

34

оператора»). После этого границы «ROI» можно регулировать с помощью мыши.

2.3. Произвести калибровку спектрометра, воспользовавшись

клавишей . В открывшемся окне надо ввести центр пиков в каналах и соответствующие им значения энергии. Для определения центра пика в каналах надо в верхней правой части основного окна программы нажать кнопку «Пик». Стрелками «вправо» «влево» выбрать второй пик слева его центр соответствует энергии 37 кэВ, третий пик соответствует 661,7 кэВ. После заполнения данных о пиках нажать кнопку «Калибровать». Вернуться в основное окно программы

Сохранить спектр и результаты ROI, используя меню «Файл». Зафиксировать название файла со спектром и файла с результатами

ROI.

Рис. 9.9. Пример фонового спектра

2.4. Измерить величину фона в отсутствии радиоактивного источника, для чего убрать источник, запустить измерение фона,

нажав на зеленую стрелку на панели инструментов. Положение границ ROI не изменять.

В самой верхней строке в левом углу экрана зафиксировать каталог и название файла с измерением фона (рис. 9.9).

35

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

Определение соотношение эффективностей регистрации рентгеновского (5 и 37 кэВ) ηx и гамма-излучения (661,7 кэВ) ηγ.

По формуле (9.5) определить эффективности регистрации рентгеновского ηx (5), ηx (37) и гамма-излучения - ηγ(661,7).

Определение коэффициента внутренней конверсии

1.Открыть файл с данными по спектру с ROI с расширением “.txt”. Записать значения для области первого пика (содержащей область рентгеновского пика около 5кэВ):

«площадь пика» с погрешностью Nпик1 ±σ;

«площадь фона» с погрешностью (Nфон1)±σ) для первой области;

2.Записать значения для области второго пика (содержащей область рентгеновского пика около 37 кэВ):

«площадь пика» с погрешностью Nпик2 ±σ;

«площадь фона» с погрешностью Nфон2±σ для второй области; 2. Записать значения для области третьего пика (содержащей область фотопика пика около 660 кэВ):

«площадь пика» с погрешностью Nпик3 ±σ;

«площадь фона» с погрешностью Nфон3±σ для второй области. 3. Открыть файл с данными по фону с ROI с расширением

“.txt”. Записать значения фона для областей, соответствующих положению пиков на спектре исходном спектре Nфонпик i.

Экспериментальное значение событий в пике спектра вычисляется следующим образом:

вычесть площадь фона из площади пика, полученные из файла для спектра;

вычесть из полученного значения соответствующее значение площадь пика из файла, относящегося к измерениям фона:

Nспектрпикi Nспектрфонi Nфонпик i ,

где I = 1,2,3).

Используя полученные данные определить коэффициенты внутренней конверсии по формулам (9.7) (9.9). Оценить суммарный коэффициент конверсии и погрешность оценки коэффициента конверсии для К- и L -оболочек.

36

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МУЛЬТИПОЛЬНОСТИ И ТИПА -ПЕРЕХОДА

1. По суммарному коэффициенту внутренней конверсии и теоретическим графикам (рис. 9.10, 9.11) оценить мультипольность

итип -перехода. Обратите внимание, что на рисунках приведен

=Ne/N.

Рис. 9.10

37

Рис. 9.11

2.Сопоставить между собой мультипольность -перехода, спин

ичетность возбужденного и основного состояний ядра Ва (см.

рис. 9.11).

3.В случае отсутствия между ними соответствия, провести качественный анализ возможных погрешностей.

38

Контрольные вопросы к работе 9

1.Какие процессы приводят к снятию возбуждения ядра?

2.Объясните механизм образования электронов внутренней конверсии и Оже электронов.

3.Перечислите основные процессы взаимодействия -излучения

свеществом.

4.В чѐм отличие в спектрах электронов внутренней конверсии

иэлектронов β- - распада ядер?

5.Объясните форму наблюдаемого спектра на рис. 9.3.

6.Каким образом можно отделить электроны внутренней конверсии от электронов β-распада ядер при проведении данного эксперимента?

7.Назовите правила отбора в соответствии с законами сохранения, которые определяют мультипольность гаммаизлучения.

39