BADANIE KORELACJI KIERUNKOWYCH DLA KASKADY PROMIENIOWANIA GAMMA EMITOWANEGO W ROZPADZIE ANIHILACYJNEGO POZYTONÓW Z ROZPADU 22 NA

Transkrypt

1 II racownia Fizyczna, γ3 γ3 - KORELCJE KIERUNKOWE BDNIE KORELCJI KIERUNKOWYCH DL KKDY ROMIENIOWNI GMM EMITOWNEGO W ROZDZIE 60 CO ORZ DL KWNTÓW ROMIENIOWNI NIHILCYJNEGO OZYTONÓW Z ROZDU 22 N I. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest wyznaczenie anizotropii oraz funkcji korelacji kaskadowego promieniowania gamma izotopu 60 Ni (powstającego w rozpadzie β jąder 60 Co). W celu poprawnego ustawienia zależności czasowych w stosowanym do pomiaru koincydencji kwantów gamma z kaskady układzie elektronicznym używa się kwantów gamma, pochodzących z anihilacji pozytonów, powstających w rozpadzie izotopu 22 Na. Wyniki pomiarów korelacji należy porównać z teoretycznymi wartościami funkcji korelacji, wyznaczonymi dla przejść kwadrupolowych pomiędzy stanami jądrowymi o spinach omiary korelacji kątowych promieniowania gamma wysyłanego w kaskadzie są ważnym źródłem informacji o multipolowości tego promieniowania i o spinach stanów jądrowych występujących w kaskadzie. II. paratura używana podczas ćwiczenia Fotony promieniowania gamma emitowane ze źródła 60 Co lub 22 Na rejestrowane są przy pomocy dwóch detektorów scyntylacyjnych z kryształami NaJ(Tl) (oznaczone na Rys. 1), wyposażonych w fotopowielacze (M) i odpowiednie dzielniki napięcia/przedwzmacniacze (). Fotopowielacze zasilane są wysokim napięciem z odpowiedniego zasilacza (HV). Koincydencje pomiędzy tymi detektorami zliczane są przy pomocy aparatury pomiarowej, składającej się ze wzmacniaczy (ctive Filter mplifier 1101), analizatorów jednokanałowych C (ingle Channel nalyzer 1201), układu koincydencyjnego UC (Universal Coincidence 1402) oraz przelicznika C (caler 1403). Do pomiaru koincydencji przypadkowych wykorzystuje się możliwość regulacji opóźnienia sygnału wyjściowego układu C. 1

2 II racownia Fizyczna, γ3 M C M H V UC C C Rys. 1: chemat elektroniki do pomiaru korelacji kierunkowych. W celu dokonania kalibracji energetycznej toru spektroskopowego (M--) każdego z liczników oraz precyzyjnego ustawienia zakresu widma (wybieranego na C) używanego jako składowy element koincydencji, wykorzystuje się układ zestawiony według schematu z Rys. 2. ygnał wyjściowy ze wzmacniacza jest rozdzielany (pasywnie, trójnikiem) na dwa tory. W torze logicznym jest on poddany analizie w C (wybór okna), kształtowany (regulacja szerokości i ewentualnie opóźnienia) w układzie LD (Logic haper and Delay 1401). ygnał ten, niosący informację o wystąpieniu impulsu o amplitudzie z żądanego zakresu, podawany jest na wejście bramkujące bramki liniowej LG (Linear Gate 1105). Na jej wejście sygnałowe (podlegające bramkowaniu) podawany jest sygnał z drugiego toru, którego skorelowanie czasowe z impulsem bramki realizowane jest poprzez wzmacniacz opóźniający D (Delay mplifier 1103). ygnały wyjściowe LG podawane są na przetwornik analogowo cyfrowy DC (1024 Channel ulse nalog-to-digital Converter 712), odczytywany przez program HETMN, budujący i obrazujący widma zbierane w zewnętrznym buforze BF, umiejscowionym (podobnie jak DC) w osobnej kasecie CMC. Układ zestawiony z LD, D, LG i DC należy używać dla obu liczników (odpowiednie pary -C), zamieniając tylko sygnały wejściowe do LD i D. Oczywiście przy całkowitym otwarciu progów C rejestrować można pełne widmo impulsów z każdego używanego źródła. 2

3 II racownia Fizyczna, γ3 M H V C D LD GTE IN LG BF DC Rys. 2: chemat elektroniki do ustawiania okien C i kalibracji. III. rzebieg ćwiczenia 1. Umieścić źródło 60 Co na podstawce dokładnie w płaszczyźnie liczników oraz ustalić równe odległości między licznikami a źródłem (około 5-7 cm). 2. odać wysokie napięcie na detektory scyntylacyjne (około +900 V) tak, aby amplituda impulsów z detektorów scyntylacyjnych nie przekraczała -0.5 V. 3. Dobrać wstępnie tak wzmocnienia we wzmacniaczach, aby wysokości impulsów w obu torach były jednakowe i wynosiły około 9 V. 4. Zestawić układ do pomiaru widm i ustawiania okien analizatorów jednokanałowych (według schematu z Rys. 2). rzeprowadzić dokładne ustawienie wzmocnienia wzmacniaczy w obu torach spektroskopowych, zbierając widma energetyczne przy pomocy analizatora HETMN (całkowicie otwarte okna C). Zbierane widmo dla 60 Co powinno pokrywać pełen zakres skali 1024 kanałów. Najwyższy pik tego widma powinien być całkowicie widoczny (bez obcięcia górnej części). Wzmocnienia w obu torach powinny być możliwie jednakowe. o ustaleniu wzmocnień zapisać położenia pików i parametry ustawienia wzmacniaczy. 5. Dla obu torów spektroskopowych zebrać widma źródeł 60 Co, 22 Na oraz 137 Cs. Należy zebrać statystykę wystarczającą na dobre określenie pozycji pików pełnego pochłaniania w każdym widmie. 6. Dla źródła 22 Na wybrać w obu torach linię odpowiadającą pełnemu pochłanianiu kwantów anihilacyjnych (linia MeV). W tym celu w zebranym i wyświetlonym przez analizator HETMN widmie zaznaczyć (markery) interesujące granice widma i tak długo zmieniać poziomy dyskryminacji na C, aż w widmie pozostanie tylko wybrany fragment. Zapisać ustawienia C i zebrać widmo wybranego zakresu. W analizie wyrazić zadane granice w jednostkach energii, przeprowadzając kalibrację energetyczną osi kanałów DC za pomocą danych z punktu Zestawić układ do pomiaru korelacji (zliczania koincydencji) według schematu z Rys. 1. 3

4 II racownia Fizyczna, γ3 8. Wycentrować źródło względem licznika ruchomego (liczba zliczeń w liczniku ruchomym przy jego położeniu względem nieruchomego pod kątami 90 o, 180 o i 270 o powinna być w granicach błędu statystycznego taka sama). 9. Kilkukrotnie zmierzyć i zapisać liczbę zliczeń w każdym z liczników w czasie zapewniającym mały błąd statystyczny. 10. Wykonać kilkukrotne pomiary koincydencji dla detektora ruchomego ustawianego pod kątami 90 o i 180 o. Opóźniając sygnał w jednym z torów o czas istotnie większy niż wybrany czas rozdzielczy układu koincydencyjnego, wykonać pomiary koincydencji przypadkowych. Czas trwania pojedynczego pomiaru koincydencji dobrać tak, aby błąd statystyczny liczby koincydencji nie przekraczał kilku procent. W opracowaniu należy porównać zmierzoną liczbę koincydencji przypadkowych z obliczoną na podstawie znajomości liczb zliczeń w każdym detektorze z osobna oraz wartości czasu rozdzielczego UC. Uwzględniając koincydencje przypadkowe, należy wyliczyć i przedyskutować wartość anizotropii dla badanego promieniowania anihilacyjnego. 11. Wymienić źródło 22 Na na 60 Co i powtórzyć procedurę z punktu 6 w celu wybrania odpowiedniego zakresu widma w obu torach (piki odpowiadające maksimom pełnego pochłaniania dla linii 1.17 MeV i 1.33 MeV promieniowania kaskadowego 60 Ni). Zapisać położenia okien C, odpowiednie widma i w opracowaniu wyrazić wybrany zakres w jednostkach energii. ytanie: czy lepiej jest wybrać w obu torach zakres odpowiadający obu pikom, czy też w każdym z torów wybrać zakresy tylko jednego z maksimów? 12. owrócić do układu pomiaru koincydencji i powtórzyć procedurę z punktów 9 i 10 dla źródła 60 Co. Otrzymaną wartość anizotropii porównać z przewidywaniami teoretycznymi, wynikającymi ze struktury spinowej stanów jadra 60 Ni i z rodzaju promieniowania kaskady. 13. Zmierzyć funkcję korelacji, rejestrując liczbę koincydencji dla kilku kątów ustawienia detektora ruchomego z zakresu 90 o 180 o. Czas pomiaru dobrać tak, aby błąd statystyczny pomiaru koincydencji pod danym kątem nie przekraczał kilku procent (uwzględniając wpływ koincydencji przypadkowych!). Otrzymane wyniki porównać ze spodziewanym na gruncie teoretycznym rozkładem funkcji korelacji. UWG: W zależności od zainteresowań i ograniczeń czasowych, asystent może modyfikować program ćwiczenia. Możliwe jest ograniczenie programu do zakresu, obejmującego tylko punkty do pomiaru anizotropii promieniowania kaskadowego (bez długotrwałych pomiarów koincydencji z punktu 13). Możliwe jest także zastąpienie pomiarów z punktów pomiarami rozkładu kątowego promieniowania anihilacyjnego pozytonów. W tym celu po zakończeniu punktu 10, bez zmiany źródła, należy wykonać pomiary koincydencji dla kilku do kilkunastu ustawień kąta detektora ruchomego, w szczególności zmniejszając krok zmian kąta w pobliżu 180 o. o uwzględnieniu koincydencji przypadkowych, kształt rozkładu kątowego ilości koincydencji należy zinterpretować w oparciu o znaną naturę promieniowania anihilacyjnego oraz znajomość skończonych kątów bryłowych obu detektorów (do zmierzenia w trakcie wykonywania ćwiczenia). IV. Literatura 1.. trzałkowski, Wstęp do fizyki jądra atomowego, WN

5 II racownia Fizyczna, γ3 2. J.B. England, Metody doświadczalne fizyki jądrowej, WN W.R. Leo, Techniques for nuclear and particle physics experiments, printer, Berlin- Heidelberg Z. Wróbel,. Budziak, H. Hrynkiewicz, L. Jarczyk,,,Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki jądrowej w pracowni studenckiej Instytutu Fizyki UJ, krypty Uczelniane UJ Nr. 315, Kraków 1979 (częściowo dołączone do instrukcji). 5