Ćwiczenie LP2. Jacek Grela, Łukasz Marciniak 25 października 2009

Transkrypt

1 Ćwiczenie LP2 Jacek Grela, Łukasz Marciniak 25 października Wstęp teoretyczny 1.1 Energetyczna zdolność rozdzielcza Energetyczna zdolność rozdzielcza to wielkość opisująca dokładność detekcji energii promieniowania. Zdefiniowania jako: R = F W HM E 0 (1) Gdzie: F W HM - szerokość piku w jego połowie wysokości, E 0 - położenie środka piku (traktując go jako krzywą dzwonową). Energetyczna zdolność rozdzielcza zależy od: 1. Fluktuacji jonizacji pierwotnej i wtórnej 2. Szumów aparatury elektronicznej, współpracującej z licznikiem 3. Wychwytu elektronów przez gazy elektroujemne stosowane jako domieszki do gazu głównego 4. Nieidealne geometrie anody i katody 5. Efekty końców 6. Zaburzenia pola elektrycznego wynikającego z istnienia okienka licznika 1.2 Stosunek położenia względnego piku ucieczki i piku głównego do piku głównego Aby zbadać zależność położenia pików od przyłożonego napięcia pracy badamy wielkość określoną wzorem: a(v ) = pg pu pg Gdzie: pg - położenie piku głównego, pu - położenie piku ucieczki. Spodziewamy się uzyskać stałą zależność w funkcji napięcia. Powinno tak być ponieważ licznik w badanym przez nas przedziale powinien zachowywać propocjonalność. 1.3 Prawdopodobieństwo absorpcji promieniowania X Absorpcja własnego promieniowania X w gazie licznika jest niezerowa i prawdopodobieństwo zajścia tego procesu można wyznaczyć ze wzoru: 1 ABS = 1 (3) ω L (S + 1) Gdzie: ω L - wydajność fluorescencji, S = Ppg P pu - stosunek liczby zliczeń w piku głównym do liczby zliczeń w piku ucieczki, liczone jako pola powierzchni pod pikami. (2) 1

2 2 Tor pomiarowy i schematy rozpadów Rys.1 Schematyczny tor pomiarowy. Na Rys.1 przedstawiono schemat pomiaru wraz z dokładniejszą specyfikacją używanych urządzeń. Używaliśmy pudełkowego detektora proporcjonalnego wypełnionego ksenonem. Badaliśmy widma 55 F e oraz 109 Cd, schematy rozpadu przedstawiono na Rys.2 poniżej: Rys.2 Schematy rozpadu badanych pierwiastków. Na schematach uwzględniono jedynie przejścia, które zaobserwowano lub były istotne w ćwiczeniu. 2

3 3 Zdolność rozdzielcza w funkcji napięcia R(V ) W tym podpunkcie zajmujemy się wyznaczeniem plateau wykresu R(V ) czyli zakresu napięcia pracy dla detektora. Zdolność rozdzielczą liczyliśmy (wedle wzoru (1)) jedynie dla pików głównych. Zależności R(V ) są zdeterminowane w dużej mierze składem gazu detektora, ich charakterystyczną cechą jest jednak pogorszenie zdolności rozdzielczej zarówno dla małych (szumy) jak i dużych napięć (zaburzenie proporcjonalności licznika) - naszym celem jest także zaobserwowanie tych cech. 3.1 dla źródła 55 F e W tym przypadku zbieraliśmy dane spektrometryczne przez 150 [s] w zakresie napięć U = [V ] ze skokiem co 40 V. Otrzymane wyniki przedstawia Wyk.1 : R [%] Wyk.1 Wykres zależności R(U) dla 55 F e. U [V] W całym badanym zakresie napięć nie odnotowano oczekiwanego wzrostu zdolności rozdzielczej R. Detektor zachowywał w miarę stałą wartość R, dopiero przy 2200 [V ] zaczęto odnotowywać delikatny wzrost - możliwe, że jest to kraniec zakresu pracy detektora. Niestety, w zakresie niskich napięć nie widać podobnego wzrostu. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów stwierdzono, że zakres plateau wynosi U = [V ]. 3

4 3.2 dla źródła 109 Cd W tym przypadku zbieraliśmy dane spektrometryczne przez 150 [s] w zakresie napięć [V ] ze skokiem co 50 V. Otrzymane wyniki pokazano na Wyk.2 : R [%] U [V] Wyk.2 Wykres zależności R(V) dla 109 Cd. Inaczej niż w przypadku żelaza, tutaj odnotowaliśmy wzrost zdolności rozdzielczej dla dużych napięć. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów stwierdzono, że zakres plateau wynosi U = [V ]. 4

5 4 Stosunek położenia piku głównego do piku ucieczki w funkcji napięcia Dla żelaza badaliśmy, oprócz piku głównego, również położenie piku ucieczki aby wykreślić funkcję określoną wzorem (2). Spodziewamy się uzyskać stałą lub lekko malejącą zależność wraz z rosnącym napięciem. Wyniki pomiaru przedstawiono na Wyk.3 : (PG-PU)/PG [-] U [V] Wyk.3 Względna różnica piku ucieczki do piku głównego dla 55 F e. Jak widać, zależność jest, w badanym zakresie, stała i wynosi: ā = 2.56 ± 0.30 [ ] Jest to pożądany wynik, spodziewaliśmy się go uzyskać w zakresie pracy licznika proporcjonalnego. 5 Prawdopodobieństwo absorpcji Znamy całkowitą liczbę zliczeń w piku głównym oraz w piku ucieczki jako pola powierzchni pod pikami. Wydajność fluorescencji linii L dla ksenonu odczytujemy z tablic 1 ω L = Wszystkie te informacje wstawiamy do wzoru (3). Ponieważ dysponujemy 15 pomiarami stosunku S, wyznaczamy średnią z tych pomiarów S = ± Otrzymujemy ostatecznie: ABS = 70.0 ± 0.5 [%] Współczynnik ten zależy w dużym stopniu od geometrii detektora. 1 Używano tabeli 5.2 str. 90 ze skryptu B. Dziunikowski, S. Kalita Ćwiczenia laboratoryjne z jądrowych metod pomiarowych 5

6 6 Identyfikacja pików dla 109 Cd Podczas badania źródła kadmu zidentyfikowaliśmy szereg pików, ich położenie zestawiono w Tab.1 : Tab.1 Tabela z odnotowanymi pikami dla 109 Cd. # Kanał Energia z tablic 1 [kev ] Energia z eksp. [kev ] Pochodzenie, uwagi linia K α Ag, pik główny, podstawa kalibracji linia K β Ag, pik główny 3? 21.1? linia L β Ag, pik ucieczki, nałożony na pik linia L α Ag, pik ucieczki 5 208? 6.7 linia K ab, możliwe Cr, Mn, Fe 6 243? 7.8 linia K ab, możliwe Co, Fe, Mn Pik 1 i 2 to piki główne powstałe w wyniku zdeponowania całej energii promieniowania X (fotoelektron plus elektron Augera) pochodzącego od źródła kadmu (patrz Rys.2 ) zarówno dla linii K α Ag jak i K β Ag. Za podstawę kalibracji obrano najbardziej wyrazisty pik 1. Piki 3 i 4 to piki ucieczki dla odpowiednich linii, energetyczna odległość teoretyczna wynosi 4.1 [kev ] i jest to linia L α dla ksenonu 1 Niestety piku 3 nie dało się zidentyfikować w eksperymencie, zdolność rozdzielcza nie pozwoliła na rozdzielenie go od głównego piku K α Ag. Piki 5 i 6 to główne piki dla metali znajdujących się w liczniku (zanieczyszczenia). Niestety pomiar nie potrafił określić co to za pierwiastki dokładniej niż do sugestii podanych w tabeli Używano tabeli 3.2 str ze skryptu B. Dziunikowski, S. Kalita Ćwiczenia laboratoryjne z jądrowych metod pomiarowych 6