§ 3. Описание схемы установки.

Рис. 5.

В данной работе применяется установка, блок-схема которой изображена на рис. 5. Здесь на неподвижной платформе (3) находится свинцовый контейнер (1), в коллимационном отверстии которого находится источник (2) монохроматических-лучей – Cs¹³⁷. Энергия -квантов этого источника равна 662 кэВ и является оптимальной для наблюдения эффекта Комптона. В качестве рассеивающего вещества (4) применяется стильбен – органическое вещество, состоящее из атомов углерода и водорода. Электроны этих элементов имеют малые энергии связи и при энергии фотонов ~ 0.7 МэВ, их можно рассматривать как свободные. На подвижной платформе (6) находится угловое отсчетное устройство (5), свинцовая диафрагма (7) и сцинтилляционный детектор (8). Из общего потока рассеянных -квантов свинцовая диафрагма вырезает те, которые рассеялись под заданным углом, и направляет последние на детектор многоканального сцинтилляционного -спектрометра. В состав спектрометра входят: детектор (8), источник высокого напряжения (9), источник низкого напряжения (10), многоканальный амплитудный анализатор импульсов (11) и феррорезонансный стабилизатор сетевого напряжения (12).

С помощью многоканального сцинтилляционного -спектрометра определяется энергия регистрируемых  -квантов. Подробно теория -спектрометрии будет рассмотрена в практикуме по ядерной физике. В данной работе достаточно знать, что сцинтилляционный детектор преобразует отдельные -кванты в импульсы электрического тока. Амплитуда этих импульсов прямо пропорциональна энергии переданной -квантом на процесс преобразования. Поскольку таких процессов несколько (фотоэффект, эффект Комптона и др.), то эта энергия и, следовательно, амплитуда импульса будут отличаться в зависимости от характера процесса взаимодействия. С большой степенью точности можно считать, что при фотоэффекте -квант полностью передает всю свою энергию на процесс преобразования и, поэтому, амплитуда импульса будет максимальной. В других процессах -квант передает только часть своей энергии. Так, например, при преобразовании за счет комптоновского рассеяния эта энергия будет определяться как числом таких актов рассеяния -кванта в веществе детектора, так и углами рассеяния в этих актах. В таких процессах амплитуды импульсов будут иметь широкое распределение, и все они будут меньше амплитуд фотоэлектрических импульсов.

Очень важно установить соответствие между распределением -квантов по энергиям и распределением импульсов по амплитудам.

Пусть энергетическое распределение (спектр) -квантов имеет вид, указанный на рис.6. Этот спектр сцинтилляционным детектором преобразуется в амплитудный спектр, вид которого имеет гораздо более сложную форму (см. рис.7).

Этот спектр имеет пять ярко выраженных пиков, каждый из. которых отражает физический процесс взаимодействия -квантов с детектором.

Так пик A получил название - пика полного поглощения или фотопика. Он опирается на область самых больших амплитуд (всегда крайний справа в спектре) и отражает процесс фотоэлектрического поглощения. По положению этого пика определяется энергия исследуемых -квантов.

Непрерывное распределение между точками B и E соответствует амплитудному распределению импульсов полученных при многократном комптоновском рассеянии -квантов в детекторе.

Пик C – это пик обратного рассеяния. По его положению определяют энергию -квантов, испытавших комптоновское рассеяние вне детектора под углом 180°.

Пик D – рентгеновский пик. По его положению можно определить энергию характеристического рентгеновского излучения.

Пик Е – пик образованный шумовыми импульсами, причина которых кроется в тепловом движении электронов в фотокатоде фотоумножителя, транзисторах и др. радиотехнических устройствах.

В заключении следует отметить, что соотношение высот этих пиков может меняться в зависимости от энергии исследуемых -квантов и максимальный по высоте будет тот пик, у которого процесс его образования будет иметь наибольшую вероятность.

С выхода сцинтилляционного детектора импульсы поступают на многоканальный амплитудный анализатор импульсов (АИ-256-1). В действующей установке применяется такой амплитудный анализатор, в котором весь диапазон амплитуд входных импульсов разделен на 256 равных интервалов (каналов). В режиме измерения амплитудный анализатор для каждого входного импульса определяет номер канала, которому соответствует амплитуда импульса, и добавляет единицу к числу ранее зарегистрированных импульсов в этом канале. По истечении достаточного времени измерения в запоминающем устройстве анализатора накапливается информация о распределении входных импульсов по амплитудам, которое в виде кривой (см. рис. 8) можно увидеть в режиме наблюдения на экране осциллографа амплитудного анализатора.

Строго говоря номер канала, приходящийся на пик полного поглощения, будет линейно зависеть от энергии -кванта

(14)

График этой зависимости представлен на рис. 9. Для того, чтобы получить такой график, нужно проградуировать спектрометр. С этой целью снимают амплитудные спектры эталонных источников -излучения, энергия-квантов которых известна заранее (см. рис. 10 и 11). По снятым спектрам определяет номера каналов соответствующих этим энергиям и полученные координаты точек откладывают на графике. Эти точки, согласно (14) должны укладываться на одну прямую.

Легко показать, что

и (15)

Таким образом, зная значения kиE₀, а также номер каналаN_xдля неизвестного источника, можно по формуле (14) или по графику определить энергии-квантов неизвестного источника.