6. Порядок выполнения работы
Обычно геометрия опыта по определению выбирается так, чтобы снизить погрешность измерений, связанную с попаданием в счетчик рассеянных -квантов. С этой целью источник устанавливается на значительном расстоянии (до нескольких м) от счетчика, поглотители удаляются от источника и счётчика. Если нет возможности обеспечить хорошую геометрию, можно использовать детектор γ-квантов спектрометрического типа, отсекая от общего числа зарегистрированных импульсов импульсы рассеянных квантов, имеющие меньшую амплитуду.
Блок-схема установки, с помощью которой измеряется энергия -лучей методом поглощения, изображена на рис. 5. Источник -лучей 1 помещен внутри массивного свинцового блока 2, который одновременно служит защитой и коллиматором для получения узкого (почти параллельного) пучка. -лучи проходят через поглотитель 3 и регистрируются детектором, который состоит из сцинтилляционного кристалла NaI 4 и фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) 5. Напряжение на ФЭУ подается от стабилизатора высокого напряжения 6. Импульсы от ФЭУ через формирователь 7 и линейный усилитель 8 поступают на амплитудный анализатор 9 и далее на пересчетное устройство 10.
Ознакомиться с инструкцией по эксплуатации оборудования.
Получить у преподавателя источник -излучения, свинцовые, алюминиевые и железные поглотители толщиной 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 и 3,0 см.
Включить компьютер и запустить программу «Прогресс 5.1».
Установить в измерительное устройство держатель поглотителей. Установить источник на специальную подставку над детектором.
Снять амплитудный спектр γ-излучения в течение 100 с. В окне спектра выделить маркерами интервал, соответствующий нерассеянным γ-квантам (50-60 каналов вправо и влево от вершины пика распределения), и определить скорость счета импульсов.
Снять кривую зависимости скорости счета импульсов от суммарной толщины алюминиевых фильтров x (маркеры не смещать!!!). Каждое измерение проводить со статистической погрешностью не более 1%.
Измерить скорость счета фона в течение 10 мин. при максимальной толщине поглотителя.
Результаты измерений занести в таблицу. По данным таблицы на графике построить зависимости lnIп = f(x) для алюминия. С помощью формулы (2) по прямолинейному участку зависимости рассчитать коэффициент ослабления.
Провести аналогичные измерения и вычисления, используя поглотители из железа и свинца.
Зная , по таблице ПРИЛОЖЕНИЯ определить энергию -лучей и их источник. Сравнить экспериментальные результаты со справочными. Определить относительную ошибку измерения µ и Еγ и дать им объяснение.
Выключить компьютер, сдать источник излучения и поглотители.
В отчете представить схему опыта, результаты в виде таблиц и графиков, значения коэффициентов для каждого металла, энергии -лучей, окончательное усредненное значение энергии -лучей, выводы.
№ |
x , см |
Iф , имп/с |
Iп+ф , имп/с |
Iп , имп/с |
r,% |
µ, см-1 |
Еγ, МэВ |
Al |
|||||||
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
2 |
0,5 |
|
|
||||
3 |
1,0 |
|
|
||||
4 |
1,5 |
|
|
||||
5 |
2,0 |
|
|
||||
6 |
2,5 |
|
|
||||
x – суммарная толщина поглотителей, см.
I – скорость счета: Iф – фона, Iп+ф – источника с фоном, Iп – источника, имп/с.
r – ошибка измерения скорости счета, %.
µ – линейный коэффициент ослабления гамма-излучения, см–1 .
Еγ – энергия γ-квантов, МэВ.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Что такое -лучи? В каких процессах они образуются? Каков диапазон энергий -лучей?
Каковы основные виды взаимодействия -лучей с веществом?
Что такое фотоэффект? Какова зависимость сечения фотоэффекта от энергии падающих -лучей и от порядкового номера Z мишени? На каких оболочках атома вероятность фотоэффекта наибольшая и почему?
Что такое эффект Комптона? Какова зависимость сечения эффекта Комптона от энергии падающих -лучей и от порядкового номера Z мишени? Какой вид имеет угловое распределение рассеянных γ-квантов?
Что такое эффект образования пар? Почему этот эффект происходит только в присутствии третьего тела? Какова зависимость сечения образования пар от энергии падающих -лучей и от порядкового номера Z мишени?
Какова зависимость коэффициента ослабления -лучей от их энергии и от Z вещества? Приведите примеры для различных элементов. Может ли один и тот же коэффициент ослабления соответствовать разным энергиям γ-квантов?
Какова типичная кривая поглощения (зависимость логарифма скорости счета ln(N) от толщины поглотителя)? Какова зависимость ln(N) от толщины поглотителя, если источник содержит две монохроматические -линии с существенно разными энергиями?
Блок-схема экспериментальной установки по определению энергии -лучей методом ослабления. Методика обработки данных.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Линейные коэффициенты ослабления γ-лучей в материалах, см–1
Еγ, МэВ |
Алюминий |
Железо |
Свинец |
0,01 |
69,9 |
1330 |
1390 |
0,015 |
20,2 |
440 |
1210 |
0,02 |
8,61 |
196 |
939 |
0,03 |
2,70 |
61,3 |
323 |
0,04 |
1,33 |
26,8 |
151 |
0,05 |
0,861 |
14,2 |
82,1 |
0,06 |
0,656 |
8,72 |
50,8 |
0,08 |
0,489 |
4,22 |
23,6 |
0,1 |
0,424 |
2,60 |
60,3 |
0,145 |
0,362 |
1,51 |
24,6 |
0,15 |
0,356 |
1,39 |
21,8 |
0,2 |
0,321 |
1,06 |
10,7 |
0,279 |
0,286 |
0,865 |
4,65 |
0,3 |
0,278 |
0,833 |
4,25 |
0,4 |
0,248 |
0,717 |
2,44 |
0,412 |
0,245 |
0,707 |
2,32 |
0,5 |
0,226 |
0,646 |
1,70 |
0,6 |
0,209 |
0,595 |
1,33 |
0,662 |
0,201 |
0,570 |
1,18 |
0,8 |
0,184 |
0,520 |
0,952 |
1,0 |
0,165 |
0,467 |
0,771 |
1,25 |
0,148 |
0,422 |
0,658 |
1,5 |
0,135 |
0,381 |
0,577 |
2,0 |
0,116 |
0,333 |
0,508 |
2,75 |
0,0994 |
0,291 |
0,476 |
3,0 |
0,0958 |
0,284 |
0,468 |
4,0 |
0,0837 |
0,260 |
0,472 |
5,0 |
0,0764 |
0,248 |
0,481 |
6,0 |
0,0718 |
0,240 |
0,494 |
8,0 |
0,0656 |
0,234 |
0,520 |
10,0 |
0,0626 |
0,234 |
0,550 |
1 γ-излучение возникает также при аннигиляции пар «частица-античастица».