8.11.10

Łukasz Jońca

Zespół 4.

Grupa 2.2

Wydział Inżynierii Materiałowej

Ćwiczenie nr 11

Badanie widma energii promieniowania gamma przy pomocy spektrometru scyntylacyjnego

!. Wstęp

Celem ćwiczenia było zbadanie promieniowania gamma przy użyciu spektrometru scyntylacyjnego. Badanie przeprowadzono dla trzech próbek: cezu (Cs-137), kobaltu (Co-60) i sodu (Na-22). Dla każdej próbki należało sporządzić spektrogram, odczytać z niego położenia miejsc charakterystycznych, a następnie obliczyć wartości doświadczalne tych punktów oraz rozdzielczość energetyczną spektrometru.

2. Układ pomiarowy

Schemat spektrometru scyntylacyjnego

NaJ(Tl) - nieorganiczny monokryształ jodku sodu aktywowanego talem, posiadający własności luminescencyjne

Fotopowielacz - składa się z katody, z której fotony wybijają fotoelektrony, dynod, które te fotoelektrony przyspieszają i pomnażają oraz z anody, która zamienia strumień elektronów na impulsy napięciowe

Wzmacniacz liniowy - wzmacnia impulsy napięciowe i przekazuje je do wielokanałowego analizatora amplitudy

Wielokanałowy analizator amplitudy - przetwarza wzmocnione impulsy wejściowe na znormalizowane impulsy pomocnicze za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego, tworzy kanały, którym przyporządkowuje odpowiednie przedziały amplitud wejściowych, po czym dla każdego kanału zlicza liczbę impulsów

Rolę wielokanałowego analizatora amplitudy pełnił komputer z uruchomionym programem TUKAN.

W badaniu przyjęto zakres kanałowy od 300 do 4000 (odcięto szumy) oraz wyznaczono czas pomiaru t=300s.

3. Opracowanie wyników

Cez Cs-137

Reakcje rozpadu cezu Cs-137:

W trakcie ćwiczenia wyznaczono wartości teoretyczne:

Pik absorpcji całkowitej - 0,66 MeV

Krawędź Comptona - 0,48 MeV

Pik rozproszenia wstecznego - 0,18 MeV

Energię krawędzi Comptona wyliczono ze wzoru:

Przy określaniu piku rozproszenia wstecznego posłużono się wzorem:

Powyższym punktom przyporządkowano następujące numery kanałów::

Pik absorpcji całkowitej - 1420

Krawędź Comptona - 1046

Pik rozproszenia wstecznego - 457

Za pomocą wskazanych punktów kalibracyjnych wytyczono w programie ORIGIN równanie prostej kalibracyjnej:

Punkt charakterystyczny	energia [MeV]	nr kanału
pik absorpcji całkowitej Co-60	1,33	2697
pik absorpcji całkowitej 2 Cs-137	0,66	1420
pik absorpcji całkowitej (anih.) Na-22	0,51	1130
pik rozpraszania wstecznego Cs-137	0,18	457

Otrzymano prostą o nachyleniu
i punkcie przecięcia

Korzystając z równania prostej obliczono wartość wyznaczoną dla punktów charakterystycznych. Posłużono się wzorem

Cs-137	Numer kanału	Wartość wyznaczona [MeV]	Wartość teoretyczna [MeV]
Pik absorpcji całkowitej	1420	0,67	0,66
Krawędź Comptona	1046	0,47	0,48
Pik rozproszenia wstecznego	457	0,17	0,18

Do każdej wartości wyznaczonej obliczono błąd, korzystając ze wzoru

Dla pików przyjęto błąd pomiarowy 10, a dla krawędzi Comptona 20.

Cs-137	Nr kanału	Błąd kanału	Wartość wyznaczona	Błąd wartości wyznaczonej
Pik absorpcji całkowitej	1420	±10	0,67	±0,025
Krawędź Comptona	1046	±20	0,47	±0,027
Pik rozproszenia wstecznego	457	±10	0,17	±0,019

Energetyczna zdolność rozdzielcza spektrometru:

Określa się ją jako stosunek szerokości fotopiku w połowie jego wysokości do jego maksimum w punkcie E.

Dla badanego cezu Cs-137 wyniosła ona:

4. Wnioski

- Wartości wyznaczone zbliżone są do wartości teoretycznych, a więc można zakładać, że ćwiczenie zostało przeprowadzone poprawnie

- Widmo cezu składa się z pojedynczego piku widma charakterystycznego, związanego z efektem fotoelektrycznym oraz widma ciągłego powstającego dzięki efektowi Comptona. Widmo to posiada dwa miejsca charakterystyczne: krawędź Comptona (związana z rozproszeniem wstecznym fotonów) oraz maksimum rozproszenia wstecznego, na które nakładają się promienie gamma rozproszone poza kryształem scyntylacyjnym

- Na widmie kobaltu Co-60 uzyskanym ze spektrometrycznego detektora germanowego widać dwie krawędzie Comptona (w standardowym spektrometrze widoczna jest tylko jedna), wiąże się to z dużo wyższą klasą urządzenia oraz wyższą rozdzielczością energetyczną

- Sód Na-22 ulega przemianie b⁺, a więc w wyniku rozpadu powstają pozytony, które w kontakcie z elektronami otoczenia anihilują, przez co powstają dwa fotony anihilacyjne na jedną parę pozyton-elektron.

---