2. Какой основной принцип лежит в основе гамма-спектрометрии?

Основной принцип гамма-спектрометрии заключается в регистрации и анализе энергетического спектра гамма-излучения, испускаемого радиоактивными нуклидами. При взаимодействии гамма-квантов с веществом детектора (в данном случае — сжатым ксеноном) возникают ионизационные события, пропорциональные энергии поглощённого кванта. Эти события преобразуются в электрические импульсы, амплитуда которых сохраняет информацию об энергии исходного гамма-излучения. По распределению амплитуд импульсов (спектру) можно определить энергии характерных гамма-линий, что позволяет идентифицировать присутствующие радионуклиды и оценить их активность.

3. Дайте характеристику гамма-излучению?

Гамма-излучение — это вид высокоэнергетического электромагнитного излучения, возникающего при ядерных переходах в атомных ядрах. Оно испускается радиоактивными нуклидами при распаде или при переходе возбуждённого ядра в основное энергетическое состояние.

Энергия гамма-квантов обычно лежит в диапазоне от нескольких килоэлектронвольт (кэВ) до нескольких мегаэлектронвольт (МэВ). Поскольку гамма-излучение является электромагнитной волной с очень короткой длиной волны (менее 0,01 нм), оно не вызывает ионизацию напрямую, но взаимодействует с веществом через три основных физических процесса:

1. Фотоэффект — полное поглощение гамма-кванта атомом с выбиванием связанного электрона (чаще всего с внутренних оболочек);

2. Комптоновское рассеяние — упругое рассеяние гамма-кванта на свободном или слабосвязанном электроне, при котором фотон теряет часть энергии и меняет направление;

3. Образование электрон-позитронных пар — при энергии гамма-кванта выше порогового значения 1,022 МэВ (удвоенная энергия покоя электрона) вблизи ядра может происходить превращение фотона в пару частиц: электрон и позитрон.

Гамма-излучение не отклоняется электрическими и магнитными полями, требует плотных материалов (например, свинца или бетона) для эффективной защиты и широко применяется в ядерной физике, медицине (диагностика и терапия), промышленности и экологическом мониторинге.

4. Опишите оборудование и принцип его действия необходимое для гамма-спектрометрии?

Основу гамма-спектрометра, изучаемого в данной работе, составляет цилиндрическая ионизационная камера с экранирующей сеткой. Камера работает в импульсном режиме, что обеспечивает возможность регистрировать отдельную частицу и определять ее энергию.

В качестве рабочего вещества ионизационной камеры используется сжатый ксенон или другие благородные газы и их смеси. Для увеличения эффективности газовых спектрометрических детекторов применяются инертные газы с большим атомным номером.

Одной из важнейших характеристик любого вещества, используемого для детектирования гамма-излучения является его способность поглощать гамма-кванты. Эта способность характеризуется вероятностью их взаимодействия с данным веществом. При взаимодействии гамма-кванта с рабочим веществом в ионизационной камере образуются ионы атомов ксенона и электроны, которые под действием электрического поля движутся соответственно к катоду и аноду.

Поскольку скорость дрейфа электронов (vе) в ионизационной камере почти в тысячу раз больше скорости дрейфа тяжелых положительных ионов, то амплитуды импульсов в ионизационной камере, создаваемых движением электронов, будут во много раз превышать амплитуды импульсов, обусловленных движением тяжелых ионов. Образование наведенного заряда на аноде цилиндрической ионизационной камеры без экранирующей сетки осуществляется во время движения в ней заряженной частицы. При этом происходит зарядка и разрядка емкости С.

Вследствие индукционного эффекта гамма-кванты с одинаковой энергией, провзаимодействовавшие в разных местах ионизационной камеры, создают на аноде сигналы различной амплитуды, что приводит к ухудшению энергетического разрешения гамма-спектрометра.