Практическое задание: Сцинтилляционный спектрометр с неорганическим сцинтиллятором

Для анализа линейчатых спектров необходимо провести калибровку энергетической шкалы спектрометра. С хорошей точностью калибровочная зависимость может быть представлена линейной функцией V = aE + b, где a и b - некоторые коэффициенты. С учетом того, что величина сигнала V измеряется в номерах каналов N, удобнее использовать связь между N и Е, а не между V и Е. Для нахождения энергии пика по его положению в качестве аргумента следует выбрать N, а в качестве функции - Е. В этом случае зависимость энергии от номера канала может быть представлена в виде линейной функции:

Е =  + kN.

Чтобы определить параметры  и k, достаточно иметь координаты двух точек, лежащих на этой линии. Для получения этих координат нужно знать положения двух пиков полного поглощения для двух разных линий излучения с известными энергиями.

Для калибровки спектрометров с неорганическими сцинтилляторами удобно использовать образцовые спектрометрические γ-источники (ОСГИ).

Пики полного поглощения в аппаратурных спектрах достаточно хорошо описываются гауссовыми функциями, имеющими вид

Функция нормального распределения случайной величины x со средним значением M и дисперсией  здесь выделена в виде сомножителя, на который умножается параметр P. Функция вида (2) зависит от параметров P, M и s, которые имеют следующий смысл. P - полное число зарегистрированных импульсов в пике или же площадь под пиком; M - положение пика на шкале аргумента x, в качестве которого служит номер канала в спектре. Параметр s - среднеквадратичное отклонение в нормальном распределении - связан с шириной пика Dx на уровне половины высоты следующим соотношением:

 » 2,3548 s.

Параметры P, M и s можно находить методом наименьших квадратов, минимизируя сумму квадратов отклонений числа отсчетов в каналах пика полного поглощения от значений функции вида (2) в соответствующих каналах.

Калибровку энергетической шкалы часто дополняют нахождением зависимости энергетического разрешения спектрометра R от энергии регистрируемых частиц E. Эту зависимость обычно представляют функцией вида

,

Перед выполнением задания необходимо изучить схемы распада радионуклидов Na-22, Cs-137, Co-60.

Порядок проведения эксперимента и обработка результатов

Внимание! Перед тем как приступать к работе необходимо убедиться в заземлении блока сцинтилляционного детектора.

Задание 1. Регистрация γ-излучения Cs-137.

Включить компьютер. Включить блок спектрометра Открыть программу «Спектр». После регистрации войти в режим спектрометра и установить на панели рабочий режим.

Напряжение питания ФЭУ и коэффициент усиления должны быть такими, чтобы пик полного поглощения Cs-137 (0,662 МэВ) соответствовал примерно 250-му каналу. Время измерения выбрать равным 5 мин.

Получить аппаратурный спектр γ-излучения Cs-137 (спектр номер 1). Убедиться, что в аппаратурном спектре присутствует пик полного поглощения и комптоновский «хвост». Получить спектр фонового излучения спектрометра с неорганическим сцинтиллятором (спектр номер 2).

Сравнить полученный спектр Cs-137 (номер 1) со спектром фонового излучения (номер 2) и сделать вывод о целесообразности или нецелесообразности учета фонового излучения.

Результаты измерений необходимо сохранять. Путь, по которому можно найти записанные данные, следующий:

Диск D ® папка «3 курс» ® папка «Данные» ® папка «Студенты» ® папка с фамилией студента ® номер лабораторной работы ®номер задания ® номер спектра.

Задание 2. Регистрация γ-излучения Na-22.

Получить аппаратурный спектр γ-излучения Na-22 (спектр номер 3). Убедиться, что в аппаратурном спектре присутствуют два пика полного поглощения, соответствующие энергиям 511 и 1274 кэВ и их комптоновские «хвосты».

Задание 3. Провести калибровку энергетической шкалы спектрометра.

Найти параметры линейной зависимости энергии γ-излучения Е и положения пика полного поглощения N. Для калибровки использовать два пика полного поглощения в аппаратурном спектре Na-22 (спектр номер 3).

Задание 4. Определить энергию γ-излучения Cs-137.

С помощью калибровочной зависимости Е и N, найденной в задании 3, рассчитать энергию излучения Cs-137.

Задание 5. Определить зависимость энергетического разрешения спектрометра от энергии γ-излучения.

Рассчитать энергетическое разрешение спектрометра для трех значений энергии (линии в спектрах номер 1 и 3). Сделать вывод о зависимости разрешения от энергии γ-излучения.

Задание 6. Определить фоточасть для спектра Cs-137.

По аппаратурному спектру Cs-137 (номер 1) рассчитать фоточасть: отношение площади под пиком полного поглощения к площади под всем спектром. Качественно оценить изменение фоточасти с ростом энергии γ-излучения на примере спектра Na-22 (номер 3).

Задание 7. Регистрация гамма излучения Co-60.