Wydział	Dzień Czwartek godz. 14-17			Nr zespołu
Geodezji i Kartografii	Data 15-03-2007			3
Nazwisko i Imię:	Ocena z przygotowania		Ocena ze sprawozdania	Ocena
Magdalena Grochowska Andrzej Maszkowski
Prowadzący:		Podpis
Dr inż. R. Kupczak		Prowadzącego

Temat :

WYZNACZANIE ENERGII PROMIENIOWANIA
ZA POMOCĄ SPEKTROMETRU SCYNTYLACYJNEGO

Część I

1. PODSTAWY FIZYCZNE

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zasadą działania spektrometru scyntylacyjnego i typowym kształtem widma impulsów otrzymywanych w wyniku rejestracji monoenergetycznego promieniowania
. W trakcie ćwiczenia wykonuje się krzywą cechowania spektrometru za pomocą źródeł, ⁶⁰Co i ¹³⁷Cs oraz wyznacza energię promieniowania
pochodzącego z jąder ²²Na.

Znajomość praw fizyki i praw rządzących rozpadem promieniotwórczym oraz zjawisk towarzyszących oddziaływaniu promieniowania jonizującego z materią jest niezbędna w celu ochrony radiologicznej, która polega m.in. na stosowaniu odpowiednich osłon, niwelujących niepożądane skutki promieniowania jonizującego, przez całkowite lub częściowe jego pochłanianie.

Głównym celem doświadczenia jest poznanie:

- charakterystycznych widm izotopów promieniotwórczych i ich schematów rozpadów,

- metody wyznaczania energii promieniowania gamma za pomocą wielokanałowego spektrometru scyntylacyjnego,

- sposobu identyfikacji nieznanych izotopów.

Ponadto, doświadczenie umożliwia poznanie:

- scyntylacyjnego sposobu rejestracji widm energetycznych,

- budowy wielokanałowego spektrometru scyntylacyjnego; jego cechowania i sposobu wyznaczania zdolności rozdzielczej.

Wyznaczanie energii kwantów gamma jest ważnym elementem badań realizowanych za pomocą spektrometrii promieniowania gamma. Badając widmo promieniowania nieznanego źródła oraz określając energię kwantów gamma emitowanych przez badane źródło promieniowania można zidentyfikować izotop lub mieszaninę izotopów, wchodzących w skład tego źródła.

2. Zasada działania spektrometru scyntylacyjnego

Błyski ze scyntylatora rejestrowane są za pomocą fotopowielacza. Foton ze scyntylatora pada na fotokatodę wybijając z niej elektron, który następnie jest przyspieszany przez napięcie przyłożone pomiędzy katodą a pierwszą dynodą. Elektron ten wybija kilka innych elektronów z dynody, które są przyspieszane i uderzają w drugą dynodę. Proces powtarza się, aż elektrony dotrą do ostatniej dynody a ich ilość ulegnie zwielokrotnieniu o kilka rzędów (10⁵ do 10⁹ razy). Dzięki temu na wyjściu fotopowielacza otrzymuje się impuls elektryczny. Wysokość impulsu jest proporcjonalna do liczby fotonów, które padły na fotokatodę, czyli energii, którą straciła cząstka przechodząc przez scyntylator.

W ćwiczeniu do rejestracji widma używamy wielokanałowego analizatora energii impulsów będącego komputerowym systemem pomiarowym, który zlicza wystąpienia elektronów o przyporządkowanej jednemu z 4096 kanałów energii. Wyniki przedstawione są za pomocą widma na ekranie komputera. Dzięki funkcji kursora odczytaliśmy, w którym kanale występuje lokalnie maksymalna liczba elektronów. Umożliwia to lokalizację pików - maksimów częstości występowania elektronów, a tym samym energię kwantów emitowanych podczas rozpadu badanych pierwiastków.

3. Wyniki ćwiczenia

1. Pomiar widma (¹³⁷Cs) 0,662 MeV

Liczba zliczeń: 5196

Nr kanału : 1189

2. Pomiar widma (⁶⁰Co) 1.17 MeV

Liczba zliczeń: 2356

Nr kanału : 1982

3. Pomiar widma (⁶⁰Co) 1.33 MeV

Liczba zliczeń: 1622

Nr kanału : 2216

d) Pomiar widma(²²Na)

Liczba zliczeń: 3921

Nr kanału : 906

e) Pomiar widma(²²Na)

Liczba zliczeń: 371

Nr kanału : 2161

Wykres energii w zależności od numeru kanału

Z wykresu możemy odczytać wartości energii promieniowania γ dla ²²Na. I tak:

- dla kanału 906 energia wynosi: 0,466 MeV

- dla kanału 2161 energia wynosi: 1,282 MeV

4. Pomiary kalibracyjne:

Źródło	Energia		N	K
Co-60	1,17 MeV		2356	1982
Co-60	1.33 MeV		1622	2216
Cs-137	0,662 MeV		5196	1198
Na-22	0,466 MeV		3921	906
Na-22		1,282 MeV	371		2161

5.Wnioski

Pierwszym wnioskiem, na którym oparliśmy obliczenie energii sodu, jest fakt iż energia w zależności od kanału pozostaje w zależności liniowej. ¹³⁷Cs, ⁶⁰Co - wartości ich energii układają się liniowo w zależności od kanału.

Analizując pomiar ze źródłem Na22, można zauważyć występowanie dwóch pików. Pierwszy z nich (większy) odpowiada kwantom ၧ o energii 0,466 MeV. Drugi pik jest mniejszy, lecz także widoczny. Pik ten odpowiada kwantom ၧ o energii 1,28 MeV. Wynika z tego, że fotony o energii 0.466 MeV są znacznie częściej rejestrowane przez licznik scyntylacyjny. Wywnioskować można z tego, że im większa jest energia fotonu, tym mniejsze jest prawdopodobieństwo zarejestrowania go przez licznik scyntylacyjny.

Część II

Przemiana i rozpad ¹⁴C

W górnych warstwach atmosfery pod wpływem neutronów promieniowania kosmicznego cały czas zachodzi proces przemiany ¹⁴N oraz węgla ¹³C w radioaktywny ¹⁴C w myśl reakcji:

¹n + ¹⁴N → ¹⁴C + ¹H

¹n + ¹³C → ¹⁴C

Węgiel ten następnie rozchodzi się równomiernie w atmosferze i pod postacią dwutlenku węgla wchodzi poprzez fotosyntezę do organicznego obiegu pierwiastków. Tak długo jak organizm żyje, wymienia materię z otoczeniem, tak więc proporcje węgla radioaktywnego do stabilnego w materii żywej są podobne jak w atmosferze.

Sytuacja zmienia się jednak, gdy tylko organizm umrze - wymiana przestaje zachodzić, a izotop ¹⁴C z czasem się rozpada. Zapis reakcji rozpadu:

Jego udział spada o połowę, co około 5740 lat.

Obecny udział izotopu radioaktywnego węgla do całości węgla w atmosferze ziemskiej oraz wodach powierzchniowych, jest rzędu 1 atom radioaktywny na 1 bilion (1012) atomów węgla (stężenie 1 ppt). Wartość ta jest zmienna w czasie, gdyż zależy od stężenia węgla w atmosferze, oraz natężenia promieniowania kosmicznego.

---