Методичні вказівки до лабораторних робіт з радіаційної фізики (частина 1)

9. Від чого залежить співвідношення радіаційних і іонізаційних втрат? Що таке критична енергія?

10. Нарисувати криву ослаблення для випадку пробігу моноенергетичних електронів? Як знаходиться екстрапольований пробіг?

11. Нарисувати криву ослаблення для випадку бета-частинок. Як знаходиться максимальний пробіг?

12. Записати і пояснити емпіричні формули для екстрапольованого пробігу моноенергетичних електронів і максимального пробігу бета-частинок.

13. Який зв’язок існує між масовим коефіцієнтом ослаблення і максимальною енергією бета-спектру?

 

Література

 

1. А.Н. Абрамов, Ю.А. Казинський, Е.С. Мотусевич. Основы экспериментальных методов ядерной физики. М., Энергоатомиздат, 1985, 38-41 с.

2. Н.Г. Волков, В.А. Христофоров, Н.П. Ушаков. Методы ядерной спектрометрии. М., Энергоатомиздат, 1990, 163-170 с.

3. Ю.М. Широков, Н.П. Юдин. Ядерная физика. М., “Наука”, 1972, 394-400 с.

4. Б.С. Пристер, Н.А. Лошилов, О.Ф. Немец, В.А. Поярков. Основы сельскохозяйственной радиологии. Киев “Урожай”, 1991, 46-52 с.

 

 

Вивчення сцинтиляційного гама-спектрометра і якісний гама-спектральний аналіз

 

Мета роботи: вивчити принцип роботи сцинтиляційного гама-спектрометра і його застосування до проведення гама-спектрального аналізу, провести якісний гама-спектральний аналіз певної проби.

 

Теоретичні відомості

 

Гама-випромінювання – це електромагнітне випромінювання з дуже малою дов-жиною хвилі ( ). З корпускулярної точки зору його можна розглядати як потік елементарних частинок–фотонів. Енергія фотона

                                                                   ,                                                           (1)

де   – постійна Планка,  – частота випромінювання. Енергія фотонів гама-випромінювання, як правило, має значення від десятків кеВ до десятків МеВ. Воно випромінюється при переході ядра із збудженого стану в основний, при анігіляції елементарних частинок і відповідних їм античастинок, при зіткненні заряджених частинок високих енергій з ядрами тощо. Гама-спектри, які випромінюються збудженими ядрами, є характеристичними, тобто визначивши енергії фотонів, які випромінює певне ядро, можна визначити, яке саме ядро випромінює.

Основою сцинтиляційного гама-спектрометра є сцинтиляційний детектор, який при утворенні в його робочому тілі (сцинтиляторі) швидких електронів виробляє короткий спалах світла (видимий або близький до видимого діапазону). Енергія цього спалаху (кількість світлових фотонів) пропорційна енергії зарядженої частини. Такий спалах світла називають сцинтиляцією, швидкі електрони і позитрони утворюються в сцинтиляторі при взаємодії гама-випромінювання з атомами або молекули сцинтилятора. Утворення швидких заряджених частинок може відбуватися в результаті таких процесів, як ефект Комптона, фотоефект, процес народження пар електрон-позитрон.

Сцинтилятори повинні мати надзвичайні оптичні властивості. По-перше, імовірнісь випромінювання фотонів світла атомами або молекулами сцинтилятора в збудженому стані повинна бути великою і, по-друге, імовірність поглинання цих же фотонів сцинтилятором повинна бути малою. Це означає, що спектр випромінювання сцинтилятора не повинен співпадати з його спектром поглинання. Для більшості речовин ці спектри співпадають. Сцинтиляційні властивості мають багато речовин. Це, по-перше, кристали галоїдів лужних металів NaJ, CsJ, LiJ, в які додано невелику кількість (біля 0,1%) активаторів (Tl, Na). Сцинтиляційні властивості мають також кристали сірчистого цинку, активованого сріблом, ZnS (Ag), фтористого кальцію, активованого європієм, CaF2(Eu), деякі сорти скла (літієві). Існують також органічні сцинтилятори, найбільше значення серед яких має група ароматичних вуглеводнів. Органічні сцинтилятори виготовляють у вигляді монокристалів (стільбен, антрацен, толан), а також рідких і твердих розчинів ароматичних сполук в певних розчинниках, пластмаси.

Основними характеристиками сцинтилятора є довжина хвилі випромінювання  , час висвічування   і конверсійна ефективність Cef. Конверсійна ефективність дорівнює відношенню енергії спалаху, до енергії електрона або позитрона, який його викликав

                                                     .                                                        (2)

Найбільш повно вивчений сцинтиляційний процес в кристалах галоїдів лужних металів. Вони є іонними кристалами, взаємодія атомів яких приводить до розщеплення енергетичних рівнів і утворення декількох енергетичних зон. Ці енергетичні зони можуть бути частково або повністю зайняті електронами, або бути порожніми. Важливе значення для процесів проходження електричного струму мають валентна зона, яка зайнята електронами при Т=0, і зона, що знаходиться над нею ¬– зона провідності. Остання зона при Т=0 в лужно-галоїдних кристалах порожня. Всі енергетичні рівні електронів в чистих кристалах розміщені в межах зон. Між зонами знаходиться простір заборонених для електронів значень енергії, який називається забороненою зоною. Якщо в кристалі є домішки, або кристалічна решітка порушена, то в забороненій зоні можуть утворюватись окремі енергетичні рівні. В чистих матеріалах домішок мало, тому домішкові рівні в забороненій зоні мають локальний характер (рис.1). Такими домішками для іонних кристалів є рівні атомів активатора (для NaJ це Tl).

При русі зарядженої частинки високої енергії в кристалі її