Badanie schematu rozpadu jodu 128 I

Podobne dokumenty
Badanie schematu rozpadu jodu 128 J

Pomiar energii wiązania deuteronu. Celem ćwiczenia jest wyznaczenie energii wiązania deuteronu

J6 - Pomiar absorpcji promieniowania γ

J8 - Badanie schematu rozpadu jodu 128 I

J7 - Badanie zawartości manganu w stali metodą analizy aktywacyjnej

Badanie próbek środowiskowych

J17 - Badanie zjawiska Dopplera dla promieniowania gamma

BADANIE WŁASNOŚCI PROMIENIOWANIA GAMMA PRZY POMOCY SPEKTROMETRU SCYNTYLACYJNEGO

Ćwiczenie nr 51 BADANIE WŁASNOŚCI PROMIENIOWANIA GAMMA PRZY POMOCY SPEKTROMETRU SCYNTYLACYJNEGO

PRACOWNIA JĄDROWA ĆWICZENIE 10. Spektrometria promieniowania γ z wykorzystaniem detektora scyntylacyjnego

γ6 Liniowy Model Pozytonowego Tomografu Emisyjnego

IM-8 Zaawansowane materiały i nanotechnologia - Pracownia Badań Materiałów I 1. Badanie absorpcji promieniowania gamma w materiałach

3. Zależność energii kwantów γ od kąta rozproszenia w zjawisku Comptona

Analiza aktywacyjna składu chemicznego na przykładzie zawartości Mn w stali.

gamma - Pochłanianie promieniowania γ przez materiały

Oddziaływanie cząstek z materią

Detekcja promieniowania elektromagnetycznego czastek naładowanych i neutronów

Pracownia Jądrowa. dr Urszula Majewska. Spektrometria scyntylacyjna promieniowania γ.

Wyznaczanie energii promieniowania γ pochodzącego ze. źródła Co metodą absorpcji

Ćwiczenie 4 : Spektrometr promieniowania gamma z licznikiem scyntylacyjnym

Podstawowe własności jąder atomowych

Sebastian Gajos Dominik Kaniszewski

Narodowe Centrum Badań Jądrowych Dział Edukacji i Szkoleń ul. Andrzeja Sołtana 7, Otwock-Świerk. Imię i nazwisko:... Imię i nazwisko:...

SPEKTROMETRIA CIEKŁOSCYNTYLACYJNA

Ćwiczenie 3++ Spektrometria promieniowania gamma z licznikiem półprzewodnikowym Ge(Li) kalibracja energetyczna i wydajnościowa

Wyznaczanie bezwzględnej aktywności źródła 60 Co. Tomasz Winiarski

Badanie absorpcji promieniowania γ

Repeta z wykładu nr 8. Detekcja światła. Przypomnienie. Efekt fotoelektryczny

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 7 Detekcja cząstek

Wyznaczanie energii promieniowania gamma metodą scyntylacyjną

Metody analizy pierwiastków z zastosowaniem wtórnego promieniowania rentgenowskiego. XRF, SRIXE, PIXE, SEM (EPMA)

INSTYTUT FIZYKI WYDZIAŁ INŻYNIERII PROCESOWEJ, MATERIAŁOWEJ I FIZYKI STOSOWANEJ POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA ĆWICZENIE NR MR-6

POLITECHNIKA WARSZAWSKA Wydział Fizyki

Narodowe Centrum Badań Jądrowych Dział Edukacji i Szkoleń ul. Andrzeja Sołtana 7, Otwock-Świerk. Imię i nazwisko:... Imię i nazwisko:...

J14. Pomiar zasięgu, rozrzutu zasięgu i zdolności hamującej cząstek alfa w powietrzu PRZYGOTOWANIE

Detekcja widma promieniowania gamma emitowanego ze źródła 2 2 Na za pomocą licznika scyntylacyjnego

Światło fala, czy strumień cząstek?

OBRAZOWANIE ORAZ BADANIE ROZMIARÓW I POŁOŻENIA OBIEKTÓW NAŚWIETLONYCH PROMIENIOWANIEM X

PRACOWNIA JĄDROWA ĆWICZENIE 4. Badanie rozkładu gęstości strumienia kwantów γ oraz mocy dawki w funkcji odległości od źródła punktowego

Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią

Doświadczenie nr 6 Pomiar energii promieniowania gamma metodą absorpcji elektronów komptonowskich.

I.4 Promieniowanie rentgenowskie. Efekt Comptona. Otrzymywanie promieniowania X Pochłanianie X przez materię Efekt Comptona

Β2 - DETEKTOR SCYNTYLACYJNY POZYCYJNIE CZUŁY

Szkoła z przyszłością. szkolenie współfinansowane przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Oddziaływanie Promieniowania Jonizującego z Materią

POLITECHNIKA WARSZAWSKA Wydział Fizyki

Wyznaczanie energii promieniowania gamma metodą scyntylacyjną

(2) Zastosowanie fluorescencji rentgenowskiej wzbudzanej źródłami promieniotwórczymi do pomiarów grubości powłok

Ćwiczenie nr 2 : Badanie licznika proporcjonalnego fotonów X

Katedra Fizyki Jądrowej i Bezpieczeństwa Radiacyjnego PRACOWNIA JĄDROWA ĆWICZENIE 6. Wyznaczanie krzywej aktywacji

C2: WYKORZYSTANIE DETEKTORA PÓŁPRZEWODNIKOWEGO W POMIARACH PROMIENIOWANIA

Miejsce Wirtualnego Nauczyciela w infrastruktureze SILF

Badanie Efektu Comptona

Techniki Jądrowe w Diagnostyce i Terapii Medycznej

Ćwiczenie nr 5 : Badanie licznika proporcjonalnego neutronów termicznych

Wyznaczanie profilu wiązki promieniowania używanego do cechowania tomografu PET

Rozpad gamma. Przez konwersję wewnętrzną (emisję wirtualnego kwantu gamma, który przekazuje swą energię elektronom z powłoki atomowej)

NEUTRONOWA ANALIZA AKTYWACYJNA ANALITYKA W KONTROLI JAKOŚCI PODSTAWOWE INFORMACJE O REAKCJACH JĄDROWYCH - NEUTRONOWA ANALIZA AKTYWACYJNA

Liniowy Model Pozytonowego Tomografu Emisyjnego

Osłabienie promieniowania gamma

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 8 Rozszczepienie jąder i fizyka neutronów

Korpuskularna natura światła i materii

Ćwiczenie LP1. Jacek Grela, Łukasz Marciniak 22 listopada 2009

Narodowe Centrum Badań Jądrowych Dział Edukacji i Szkoleń ul. Andrzeja Sołtana 7, Otwock-Świerk

Ćwiczenie 3 : Spektrometr promieniowania gamma z licznikiem półprzewodnikowym Ge(Li)

II Pracownia Fizyczna - część: Pracownia Jądrowa. Ćwiczenie nr 8

promieniowania Oddziaływanie Detekcja neutronów - stosowane reakcje (Powtórka)

Scyntygrafia, Tomografia Emisyjna Pojedynczego Fotonu, Pozytonowa Tomografia Emisyjna

Techniki Jądrowe w Diagnostyce i Terapii Medycznej

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 3 Promieniotwórczość naturalna

ĆWICZENIE Nr 4 LABORATORIUM FIZYKI KRYSZTAŁÓW STAŁYCH. Badanie krawędzi absorpcji podstawowej w kryształach półprzewodników POLITECHNIKA ŁÓDZKA

Ćwiczenie LP2. Jacek Grela, Łukasz Marciniak 25 października 2009

przyziemnych warstwach atmosfery.

Wyznaczanie współczynnika rozpraszania zwrotnego. promieniowania β.

Promieniowanie jonizujące Wyznaczanie liniowego i masowego współczynnika pochłaniania promieniowania dla różnych materiałów.

Rozpad alfa. albo od stanów wzbudzonych (np. po rozpadzie beta) są to tzw. długozasięgowe cząstki alfa

Promieniowanie X. Jak powstaje promieniowanie rentgenowskie Budowa lampy rentgenowskiej Widmo ciągłe i charakterystyczne promieniowania X

Spektrometria promieniowania gamma

LICZNIK SCYNTYLACYJNY PROMIENIOWANIA JONIZUJĄCEGO

IM-4 BADANIE ABSORPCJI ŚWIATŁA W MATERIAŁACH PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki. Pracownia Fizyki i Techniki Jądrowej. Spektrometria gamma

Pomiar maksymalnej energii promieniowania β

Jądra o wysokich energiach wzbudzenia

OCHRONA RADIOLOGICZNA PACJENTA. Promieniotwórczość

Ćwiczenie 57 Badanie absorpcji promieniowania α

Jak zobaczyć pojedynczy foton, czyli czego oko nie widzi

VII. DETEKCJA PROMIENIOWANIA O WYSOKIEJ ENERGII

VII. DETEKCJA PROMIENIOWANIA O WYSOKIEJ ENERGII

Efekt fotoelektryczny

BADANIE ZAWARTOŚCI RADONU W POWIETRZU Instrukcja dla studenta J 5 -J 8

Wzajemne relacje pomiędzy promieniowaniem a materią wynikają ze zjawisk związanych z oddziaływaniem promieniowania z materią. Do podstawowych zjawisk

Odkrycie jądra atomowego - doświadczenie Rutherforda 1909 r.

Foton, kwant światła. w klasycznym opisie świata, światło jest falą sinusoidalną o częstości n równej: c gdzie: c prędkość światła, długość fali św.

Promieniowanie jonizujące i metody radioizotopowe. dr Marcin Lipowczan

Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią, sztuczne barwienie kryształów. Andrzej Lipiec. Opracowanie w ramach przedmiotu Metody i Techniki

WYZNACZANIE ZAWARTOŚCI POTASU

2008/2009. Seweryn Kowalski IVp IF pok.424

Badanie rozkładów kątowych kwantów anihilacyjnych γ z anihilacji pozyton i elektron w 22 Na

Fizyka kwantowa. promieniowanie termiczne zjawisko fotoelektryczne. efekt Comptona dualizm korpuskularno-falowy. kwantyzacja światła

Transkrypt:

J8 Badanie schematu rozpadu jodu 128 I Celem doświadczenie jest wyznaczenie schematu rozpadu jodu 128 I Wiadomości ogólne 1. Oddziaływanie kwantów γ z materią [1,3] a) efekt fotoelektryczny b) efekt Comptona c) tworzenie par, anihilacja pozytonów d) zależność przekrojów czynnych na oddziaływanie kwantów γ z materią od energii kwantów gamma i liczby atomowej ośrodka. 2. Rozpad β [1,2,3] a) warunki energetyczne rozpadu β, b) schemat rozpadu przykładowych źródeł kalibracyjnych (np. 137 Cs, 60 Co, 22 Na), c) okres połowicznego rozpadu T 1/2. 3. Detekcja promieniowania γ [1,4,5] a) budowa i działanie detektora scyntylacyjnego, b) kalibracja energetyczna spektrometru źródłami promieniowania γ, c) widmo monoenergetycznej linii γ w spektrometrze scyntylacyjnym d) podstawowe układy elektroniczne współpracujące ze spektrometrem: oscyloskop, zasilacz wysokiego napięcia, wzmacniacz, wielokanałowy analizator amplitudy. 4. Źródła neutronów termicznych, spowalnianie neutronów [1] 5. Metoda aktywacji Wykonanie zadania 1. Zapoznanie się z układem pomiarowym 2. Optymalizacja warunków pracy układu (napięcie detektora, zdolność rozdzielcza, itd.) 3. Kalibracja energetyczna układu pomiarowego przy wykorzystaniu standartowych źródeł promieniowania gamma. 4. Pomiar tła. 5. Aktywacja scyntylatora (zawierającego 127 I) w strumieniu neutronów termicznych. 6. Pomiar widma gamma i jego interpretacja schemat rozpadu 128 I. 7. Wyznaczenie zależności czasowej intensywności zmierzonego promieniowania. 8. Określenie wartości przekroju czynnego na wychwyt neutronu dla 127 I. LITERATURA 1. A.Strzałkowski - Wstęp do fizyki jądra atomowego 2. T.Mayer-Kuckuk - Fizyka jądrowa 3. K.N.Muchin - Doświadczalna fizyka jądrowa cz. I Fizyka jądra atomowego 4. J.B.England - Metody doświadczalne fizyki jądrowej 5.Chart of Nuclides www.nndc.bnl.gov/chart 1

Informacje dodatkowe Detekcja promieniowanie gamma Warunkiem zarejestrowania promieniowanie gamma jest jego oddziaływanie z materiałem detektora. Promieniowanie gamma może oddziaływać zarówno z elektronami jak i z jądrami i polami elektrycznymi elektronów i jąder atomowych. Oddziaływania te mogą prowadzić do całkowitej absorpcji lub też elastycznego bądź nieelastycznego rozpraszania kwantów promieniowania gamma. W praktyce znaczenie mają trzy zjawiska: Zjawisko fotoelektryczne w procesie tym kwant gamma oddziałuje z elektronem związanym w atomie ośrodka i przekazuje mu całą swoją energię. Kwant gamm zostaje całkowicie zaabsorbowany natomiast elektron uzyskuje energię równą: E e = E γ E B (1) gdzie E B energia wiązania elektronu na orbicie atomowej, z której został wybity, zwykle E B << E γ. Efekt Comptona w procesie tym kwant gamma ulega nieelastycznemu rozproszeniu na swobodnym (słabo związanym elektronie) i przekazuje mu część swojej energii. Energia kinetyczna przyspieszonego elektronu określona jest wzorem wynikającym z zasady zachowania energii i pędu: α ( 1 cosθ ) E e = Eγ 1+ α ( 1 cosθ ) (2) gdzie θ - kąt pod jakim nastąpiło rozproszenie kwantu gamma, 2 E / m c α =. γ e Jak wynika ze wzoru (2), energia elektronu zależy od kąta pod jakim nastąpiło rozproszenie kwantu gamma i przyjmuje wartości od 0 - dla kątów rozproszenia równych zero do wartości maksymalnej - dla kwantów gamma rozproszonych do tyłu (θ =180º). Zjawisko kreacji par w procesie tym kwant gamma zamienia się na parę e+e- (eletkronpozyton). Proces ten może zachodzić jedynie dla kwantów gamma o energii większej niż 2m e c 2 = 1022 kev. Łączna energia kinetyczna wytworzonej pary e + e - wynosi: E + Ee = E e+ γ 2m c e 2 (3) Konwersja kwantu gamma na parę e + e - może zachodzić jedynie w polu jądra atomowego (rzadziej elektronu), gdyż tylko wtedy możliwe jest spełnienie zasady zachowania energii i pędu. Prawdopodobieństwo zajścia każdego z wymienionych procesów silnie zależy od energii kwantu gamma oraz liczby atomowej materiału ośrodka. 2

Detektor scyntylacyjny Rysunek 2 przedstawia schemat budowy detektora, w którym jako scyntylator zastosowano kryształ NaI(Tl) (jodek sodu aktywowany talem). Kryształ NaI(Tl) jest połączony optycznie z oknem wejściowym tzw. fotopowielacza. Promieniowanie gamma oddziałuje z kryształem NaI(Tl) poprzez proces fotoelektryczny, rozproszenie komptonowskie lub konwersją na parę elektron-pozyton. Elektrony przyspieszone w wyniku zajścia któregoś z tych procesów poruszają się w krysztale i tracą swoją energię powodując jonizację i wzbudzenia atomów ośrodka. Procesom deekscytacji tych wzbudzeń towarzyszy emisja kwantów światła. W scyntylatorach używanych do celów spektrometrycznych (tzn. do pomiaru energii promieniowania) całkowita liczba wyemitowanych fotonów jest proporcjonalna do energii początkowej elektronu. Strumień fotonów scyntylacyjnych jest rejestrowany przez fotopowielacz. Fotopowielacz jest to lampa elektronowa, której katoda wykonana jest z materiału światłoczułego. Między katodą i anodą fotopowielacza znajduje się układ kilku odpowiednio ukształtowanych elektrod zwanych dynodami. Między kolejnymi elektrodami przy pomocy odpowiednio skonstruowanego dzielnika napięcia wytwarzane jest pole elektryczne. Fotony docierające do fotokatody wybijają elektrony (efekt fotoelektryczny), które są przyspieszane w kierunku pierwszej dynody. Elektron uderzający w dynodę powoduje wybicie 3-4 elektronów wtórnych, które są przyspieszane w kierunku kolejnej dynody itd. Proces ten prowadzi do szybkiego powielenia początkowej liczby elektronów i dzięki temu w fotopowielaczach osiąga się wzmocnienia rzędu 10 5-10 8. Amplituda sygnału wyjściowego fotopowielacza jest proporcjonalna do energii zaabsorbowanej przez kryształ scyntylatora. Zwróćmy uwagę, że energia ta jest absorbowana za pośrednictwem elektronów przyspieszanych w wyniku oddziaływania kwantów gamma z materiałem scyntylatora. scyntylator NaI(Tl) rozproszony kwant gamma kwant gamma foton scyntylacyjny - fotokatoda fotopowielacz dzielnik napięcia dynod R + anoda impuls wyjściowy Rys.2 Schemat budowy detektora scyntylacyjnego. Rysunek 3 przedstawia widmo (rozkład) amplitud sygnałów z detektora scyntylacyjnego zarejestrowane podczas pomiaru źródła 137 Cs emitującego kwanty gamma o energii 662 kev. Pik, którego środek leży w kanale 300 odpowiada pełnej absorpcji promieniowania gamma 3

o energii 662 kev w krysztale NaI(Tl). Jest to możliwe np. wskutek zajścia zjawiska fotoelektrycznego w materiale scyntylatora. Przedział amplitud rozciągający się od kanału 0 do tzw. krawędzi Comptona odpowiada zdarzeniom, w których jedynie część energii kwantu gamma została zaabsorbowana w krysztale scyntylatora. Główny wkład do tej części widma daje efekt Comptona, w którym kwant gamma przekazuje część swojej energii jednemu z elektronów materiału scyntylatora natomiast kwant rozproszony ucieka z kryształu. Energia jaką uzyskuje elektron zależy od wartości kąta pod jakim nastąpiło rozproszenie. Krawędź Comptona odpowiada przypadkom, w których w procesie rozpraszania kwant gamma przekazał elektronowi w krysztale scyntylatora maksymalną energię (rozproszenie pod kątem θ =180, zobacz wzór (2) ). 16000 Liczba zliczeń 14000 12000 10000 8000 6000 4000 próg detekcji rozpraszanie komptonowskie w detektorze 137 pik absorpcji pełnej Cs energii 662 kev krawędź Comptona 2000 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Numer kanału Rys. 3 Widmo amplitud sygnałów z detektora NaI(Tl) zarejestrowane podczas pomiaru promieniowania gamma emitowanego ze źródła 137 Cs. Podstawowe wielkości określające własności układu spektrometrycznego 1) Energetyczna zdolność rozdzielcza określająca zdolność układu detekcyjnego do obserwacji przejść gamma o bardzo bliskich energiach. W przypadku detektorów z kryształem NaI(Tl) energetyczną zdolność rozdzielczą przyjęto określać mierząc, w połowie wysokości, całkowitą szerokość piku odpowiadającego rejestracji promieniowania gamma o energii 662 kev, emitowanego ze źródła 137 Cs. Dla spektrometrów NaI(Tl) energetyczna zdolność rozdzielcza, określona jako stosunek szerokości połówkowej piku do jego położenia, wynosi 6-8 %. 2) Wydajność rejestracji promieniowania gamma. Z praktycznego punktu widzenia interesująca jest wydajność rejestracji pełnej energii emitowanych kwantów gamma. Wielkość tę definiuje się jako stosunek liczby zliczeń zarejestrowanych w piku odpowiadającym rejestracji pełnej energii kwantu gamma do całkowitej liczby kwantów gamma wyemitowanych ze źródła w czasie trwania pomiaru. Wydajność 4

spektrometru silnie zależy od energii rejestrowanych kwantów oraz od geometrii pomiaru (kształtu i położenia źródła względem kryształu detektora). 3) Kalibracja energetyczna określa związek pomiędzy energią kwantów gamma a amplitudą rejestrowanych sygnałów. W przypadku kalibracji liniowej zależność tę opisuje się jako E = a + bk, gdzie k numer kanału, a, b współczynniki kalibracyjne. γ Kalibrację energetyczną oraz kalibrację wydajnościową spektrometru wykonuje się wykorzystując źródła kalibracyjne o bardzo dobrze znanych energiach kwantów gamma i aktywnościach. Schematy rozpadu źródeł kalibracyjnych 5

Energie wzbudzenia poziomów i energie przejść gamma podano w kev. 6