Министерство образования и науки Украины

Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского

Определение энергии гамма - излучения методом сцинтилляционного гамма - спектрометра

составитель

Ю.В. Сорокин

2002

Определение энергии гамма - излучения методом сцинтилляционного гамма - спектрометра

Раздел I. Введение в гамма-спектрометрию

§1. Введение

Одной из центральных проблем физики является изучение структуры и свойств молекул, атомов атомных ядер и элементарных частиц. Все эти объекты относятся к квантовым системам и характеризуются определенным набором энергетических состояний. Всякий переход системы из одного энергетического состояния в другое сопровождается излучением или поглощением кванта энергии, величина которого зависит от физических свойств изучаемой квантовой системы. Так как энергетические переходы осуществляются между различными энергетическими состояниями, то и энергия испущенных квантов будет принимать определенный набор дискретных значений, причем число этих значений равно числу возможных энергетических переходов. Так как энергия квантов (фотонов) может быть выражена как E=hv или E=hc/, то можно говорить об определенном наборе частот или длин волн.

Распределение вероятностей наблюдения значений энергий, частот или длин волн называется соответственно энергетическим спектром, частотным спектром или спектром длин волн. Изучение физических свойств объектов микромира через их спектральные закономерности составляет предмет атомной и ядерной спектроскопии.

Одной из важнейших задач спектроскопии является разложение излучения испускаемого или поглощаемого исследуемыми объектами на составные части спектра. Вторым этапом этой задачи является регистрация полученного спектра на некотором носителе информации. В целом эта задача решается с помощью приборов, получивших название спектрографов или спектрометров. В качестве устройств, позволяющих разложить излучение в спектр, в этих приборах используются так называемые диспергирующие элементы, устройство которых зависит от энергии или длины волны фотонов в составе исследуемого излучения. В качестве примеров таких элементов можно назвать в области радиочастот - колебательный контур, в инфракрасной области и области ультрафиолета - соляные и стеклянные призмы и дифракционные решетки, интерферометры и др., в рентгеновской области – кристаллические решетки вещества. Для всех этих элементов характерные размеры сравнимы с длиной волны исследуемого излучения. К таким характерным размерам относятся – постоянная дифракционной решетки, оптическая разность хода светового луча и др. Так как длина волны фотонов в области гамма-излучения (гамма-квантов) всегда меньше межатомного расстояния в кристаллической решетке, то все перечисленные диспергирующие элементы уже не будут работать в области гамма-излучения. Для таких элементов используются не волновые, а наиболее ярко проявляющиеся корпускулярные свойства гамма-квантов.

В качестве регистрирующих устройств в спектрографах применяются фотопластинки, а в спектрометрах – фотоэлементы или фотоумножители, которые преобразуют световой поток в электрический ток. Этот ток, после предварительного усиления посылается на самопишущие приборы, отражающие спектр в виде графика на диаграммной ленте.