1. Do przeprowadzenia pomiarów wykorzystaliśmy stanowisko pomiarowe składające się z następujących elementów:

Licznik scyntylacyjny → Wzmacniacz → Wielokanałowy Analizator Amplitudy → Komputer → Drukarka

Licznik scyntylacyjny to jeden z najważniejszych elementów spektrometru składający się z kryształu scyntylacyjnego oraz ze sprzęgniętego z nim optycznie fotopowielacza, którego zasadniczymi elementami są: fotokatoda, układ dynod i anoda.

Licznik pracuje w następujących etapach:

• absorbuje energię padającą na scyntylator promieniowania,

• zamienia część tej energii na energię emitowaną w postaci fotonów,

• absorbuje fotony na fotokatodzie i emituje fotoelektrony.

Promieniowanie gamma może wywołać luminescencję tylko wtedy, gdy wskutek oddziaływania z atomami scyntylatora przekaże swą energię elektronów w zjawisku fotoelektrycznym, Comptona lub tworzenia się par elektron - pozyton. Te zjawiska pozwalają na wybicie elektronu z linii, w wyniku czego powstanie dziura. Tą dziurę wypełni elektron z wyższego poziomu i powstanie linia emisyjna.

Scyntylatorem najczęściej jest kryształ jodku sodu domieszkowany Talem. Domieszki Talu powodują powstanie w paśmie wzbronionym kryształu dodatkowego poziomu, na który mogą przejść wzbudzone elektrony, co z kolei pozwoli na emisję fotonów.

Impulsy z licznika, po wcześniejszym wzmocnieniu docierają do wielokanałowego analizatora amplitudy. Analizator umożliwia segregację impulsów w zależności od amplitudy i zliczanie w odpowiednio przyporządkowanych im kanałach. Konkretnemu przedziałowi amplitud wejściowych przyporządkowuje się stałą liczbę znormalizowanych impulsów i numer kanału, co odwzorowywane jest następnie na ekranie w postaci widma energetycznego, tj. liczby impulsów od ich energii - im większa energia tym wyższy kanał. Obraz widma dla mojej próbki dołączony został do sprawozdania.

2. Reakcje dla poszczególnych pierwiastków:

1. sód:

²²₁₁Na → ²²₁₀Ne* + ⁰₊₁B

²²₁₀Ne* → ²²₁₀Ne + γ(1,28)

2. cez:

¹³⁷₅₅Cs → ¹³⁷₅₆Ba + ⁰_-1B

¹³⁷₅₆Ba* → ¹³⁷₅₆Ba + γ

3. kobalt:

⁶⁰₂₇Co → ⁶⁰₂₈Ni* + ⁰_-1B

⁶⁰₂₈Ni* → ⁶⁰₂₈Ni* + γ₁

⁶⁰₂₈Ni* → ⁶⁰₂₈Ni + γ₂

Charakterystyka wykresu otrzymanego po czasie 120s.:

Punkt:	a.	b.	c.	d.	e.	f.
Nr kanału:	191	496	878	1186	2463	2920
Wart. energii [MeV]	---	0,17	0,341	0,511	1,06	1,28

1. - promieniowanie X, które powstaje gdy zostaje zapełnione miejsce po wybitym elektronie przez któryś z elektronów z wyższych powłok. W przypadku próbki sodu i cezu obserwujemy emisję jednego kwantu, natomiast w przypadku kobaltu - dwóch.

2. - rozproszenie wsteczne pochodzące od kwantów rozproszonych Komptonowsko.

E_w = E - E_max = (0,511 - 0,341)MeV = 0,17MeV

3. - krawędź Komptonowska anihilacji - wynik rozpraszania Komptona - elektrony przenoszą maksymalną energię.

E_max = (2⋅hγ_o)²/(m_oc² + 2 hγ_o) = 2⋅(0,511)²/(0,511 + 2⋅0,511) = 0,341MeV

gdzie: hγ_o - energia kwantu promieniowania

m_oc² - energia spoczynkowa elektr. = 0,511

4. - linia anihilacyjna

5. - krawędź Komptonowska całkowitej absorbcji.

E_max = (2⋅hγ_o)²/(m_oc² + 2 hγ_o) = 2⋅(1,28)²/(0,511 + 2⋅1,28) = 1,06MeV

f. - pik całkowitej absorbcji. E = 1,28MeV

Rozproszenie wsteczne od anihilacji: E_w = E - E_max = (0,511 - 0,341) = 0,17MeV

Rozproszenie wsteczne od całkowitej absorbcji: E_w = E - E_max = (1,28 - 1,06) = 0,22MeV

Wyznaczenie prostej skalowania:

Punkt rozproszenia wstecznego Cezu: E = 0,184MeV (nr kanału: 487)

Linia anihilacji sodu: E = 0,511MeV (nr kanału: 1186)

Pik całkowitej absorbcji sodu: E = 1,28MeV (nr kanału: 2920)

Na podstawie powyższych danych wyznaczamy prostą skalowania przy pomocy programu N-kwadrat.

E = a⋅N_k + b, gdzie N_k - numer kanału, E - energia.

Wartość doświadczalna energii wyznaczam ze wzoru:

E = 0,000449 ⋅ N_k - 0,029

Błąd wyznaczenia energii wyznaczam ze wzoru:

ΔE = 0,0000054 ⋅ N_k + 0,001

Zdolność rozdzielcza:

R = ΔE/E_d ⋅100%

Punkt:	b.	c.	d.	e.	f.
Nr kanału:	496	878	1186	2463	2920
Wart. energii teoretycznej [MeV]	0,17	0,34	0,51	1,06	1,28
Wart. energii doswiad. MeV	0,18	0,35	0,50	1,07	1,28
Błąd wyznaczenia energii	0,004	0,006	0,007	0,014	0,016
Zdolność rozdzielcza	---	---	8,3%	---	10,17%

Wyniki uzyskane w powyższym doświadczeniu są zbliżone do wyników teoretycznych w granicy błędu - czasem nawet się z nimi pokrywając. Dokonując opracowania wyników można zauważyć, że największy wpływ na błąd miało wyznaczenie prostej skalowania, co z kolei wiązało się z dokładnością odczytania numeru kanału i tym, ze na prosta „składały” się tylko trzy punkty. Na podstawie doświadczenia ze zmienianiem liczby kanału o niewielką wartość mogę stwierdzić, że to właśnie wprowadza duże wahania wartości energii. Możemy tu także zauważyć, ze zdolność rozdzielcza licznika wzrasta wraz ze wzrostem liczby kanału, czyli wykrywa on znacznie lepiej cząstki o wyższej energii niż o niższej. To może wskazywać, ze używany w ćwiczeniu spektrometr nie był najwyższej klasy, mimo iż jego zdolność rozdzielcza dla wysokich energii wyniosła nieco poniżej 10%.

Wyniki doświadczeń i obliczeń pozostałych członków zespołu:

Wartości dla Cezu:

Nr kanału:	128	192	487	1138	1547
Wart. energii teoretycznej [MeV]	0	---	0,184	0,478	0,662
Wart. energii doswiad. MeV	0,02	0,049	0,183	0,478	0,0664
Błąd wyznaczenia energii	0,003	0,003	0,004	0,004	0,005
Zdolność rozdzielcza	---	---	---	---	10,73%
Komentarz	Nieczułość, szumy.	Linia char. rentg.	Bombardowanie monoenergetyczne. Pik rozproszenia wstecznego.	Krawędź Komptonowska.	Pik całkowitej absorbcji.

Wartości dla Kobaltu:

Nr kanału:	209	521	2203	2662	3033
Wart. energii teoretycznej [MeV]	---	Eγmin1 = 0,209 Eγmin2 = 0,214	0,96 1,11	1,17	1,33
Wart. energii doswiad. MeV	0,062	0,202	0,949	1,16	1,329
Błąd wyznaczenia energii	0,024	0,006	0,003	0,008	0,002
Zdolność rozdzielcza	---	---	---	7,62%	5,81%
Komentarz	Emisja promieniowana γ.	Rozproszenie wsteczne podwójne.	Krawędź Komptonowska.	Całkowita absorbcja kwantu γ	Całkowita absorbcja kwantu γ

---