Ядерно-физические приборы (7 сем) / КручининПА_Лаб4_отчет

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»

Институт Космофизики НИЯУ МИФИ

Кафедра «Экспериментальной ядерной физики и космофизики»

Отчет по лабораторной работе на тему:

«ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГАММА-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИХ ДЕТЕКТОРОВ ДЛЯ КОСМОФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ»

Выполнил

Студент группы Б19-104

Кручинин Павел Алексеевич

Проверил преподаватель

Шустов Александр Евгеньевич

Москва - 2022 г.

Цель работы: Изучение принципа действия и устройства гамма-детектора на основе цилиндрической импульсной ионизационной камеры, наполненной сжатым ксеноном; определение основных спектрометрических характеристик ксенонового гамма-детектора; приобретение навыков работы с современной аппаратурой, предназначенной для спектрометрических измерений гама-излучения в условиях космического полета.

Введение

Для космофизических исследований требуются гамма-детекторы, которые помимо хороших спектрометрических характеристик обладают также высокой механической прочностью, радиационной стойкостью, низким энергопотреблением и способностью работать в широком диапазоне температур без использования дополнительных систем охлаждения. Таким требованиям отвечают ксеноновые гамма-детекторы.

В качестве рабочего вещества ионизационной камеры используется сжатый ксенон высокой чистоты. Ксенон наиболее эффективен для регистрации гамма-излучения в области энергий, где преобладает фотоэффект.

При взаимодействии гамма-кванта с рабочим веществом образуются ионы атомов ксенона и электроны, которые под действием поля движутся к аноду и катоду V_др^e V_др⁺, то амплитуды от электронов во много раз больше, чем от ионов.

Для улучшения энергетического разрешения гамма-детектора обычно используют экранирующую сетку, которая размещается между катодом и анодом. На экранирующую сетку подается отрицательный электрический потенциал (половина значения на катоде). Объемный заряд, который движется между анодом и сеткой, практически не будет индуцировать электрический сигнал на аноде до тех пор, пока этот заряд не пройдет через экранирующую сетку. Необходимое условие полной проницаемости сетки – напряженность электрического поля в области между сеткой и анодом должна быть больше, чем между сеткой и катодом.

Энергетическое разрешение гамма-детектора определяется как ширина на полувысоте пика распределения импульсов, возникающих на выходе детектора при регистрации моноэнергетических частиц.

Виды взаимодействия гамма-излучения с рабочим веществом гамма-спектрометров:

1) Комптон-эффект:

2) Фотоэффект:

3) Образование электрон-позитронных пар:

Выполнение работы

После калибровки энергетической шкалы гамма-спектрометра были измерены спектры от различных гамма-источников. Определены энергии основных гамма-линий, энергетическое разрешение (ПШПВ) и относительное энергетическое разрешение. Все данные представлены в таблице 1:

Таблица 1

Источник	Eγ,кэВ	p, кэВ	δ, %
Cs137	661,66	13,923	2,1
Co60	1172,04	17,852	1,5
	1331,16	19,231	1,4
Ba133	80,9	12,27	15,7
	302,84	11,524	3,4
	356,01	10,169	3,3
Na22	511	14,186	2,9
	1274,51	19,891	1,6
Am244	59,541	10,015	17,2

Построен график зависимости энергетического разрешения гамма-спектрометра от энергии зарегистрированных гамма-линий.

Определена энергия гамма-линий неизвестного источника, и с помощью библиотеки радионуклидов был идентифицирован источник (таблица 2).

Таблица 2

Неизвестный источник	Co57	Mn54
Eγ,кэВ	122	834

Заключение

В ходе лабораторной работы было изучено устройство и принцип действия гамма-детектора на основе цилиндрической импульсной ионизационной камеры, наполненный сжатым ксеноном; определены основные спектрометрические характеристики ксенонового гамма-детектора; приобретены навыки работы с современной аппаратурой.

В начале была произведена калибровка энергетической шкалы гамма-спектрометра по измеренному спектру от Cs¹³⁷ + Co⁶⁰. С помощью МНК были найдены коэффициенты a и b уравнения y = ax + b, где x – энергия, а у – номер канала:

а = 1.3201 0.0014 кэВ/канал

b = 1.5 1.1 кэВ

Набраны спектры, и полученные данные занесены в таблицу 1. Относительное энергетическое разрешение для Cs¹³⁷ δ = 2.1%

Построен график зависимости энергетического разрешения гамма-спектрометра от энергии зарегистрированных гамма-линий.

Определена энергия гамма-линий неизвестного источника, и с помощью библиотеки радионуклидов был идентифицирован источник.

Неизвестный гамма-источник: Co⁵⁷ + Mn⁵⁴.