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

Podobne dokumenty
Ćwiczenie 4 : Spektrometr promieniowania gamma z licznikiem scyntylacyjnym

Ćwiczenie nr 2 : Badanie licznika proporcjonalnego fotonów X

Ćwiczenie LP2. Jacek Grela, Łukasz Marciniak 25 października 2009

Ćwiczenie LP1. Jacek Grela, Łukasz Marciniak 22 listopada 2009

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

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

J7 - Badanie zawartości manganu w stali metodą analizy aktywacyjnej

Analiza aktywacyjna składu chemicznego na przykładzie zawartości Mn w stali.

Badanie schematu rozpadu jodu 128 J

Badanie schematu rozpadu jodu 128 I

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 96: Dozymetria promieniowania gamma

Ćwiczenie nr 5 : Badanie licznika proporcjonalnego neutronów termicznych

C2: WYKORZYSTANIE DETEKTORA PÓŁPRZEWODNIKOWEGO W POMIARACH PROMIENIOWANIA

J8 - Badanie schematu rozpadu jodu 128 I

Wyznaczanie bezwzględnej aktywności źródła 60 Co. Tomasz Winiarski

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

Ćwiczenie nr 1 : Statystyczny charakter rozpadów promieniotwórczych

LABORATORIUM PROMIENIOWANIE W MEDYCYNIE

SYMULACJA GAMMA KAMERY MATERIAŁ DLA STUDENTÓW. Szacowanie pochłoniętej energii promieniowania jonizującego

Ćwiczenie nr 2. Pomiar energii promieniowania gamma metodą absorpcji

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

Cel ćwiczenia: Wyznaczenie szerokości przerwy energetycznej przez pomiar zależności oporności elektrycznej monokryształu germanu od temperatury.

Ćwiczenie ELE. Jacek Grela, Łukasz Marciniak 3 grudnia Rys.1 Schemat wzmacniacza ładunkowego.

Wyznaczanie profilu wiązki promieniowania używanego do cechowania tomografu PET

LABORATORIUM PROMIENIOWANIE w MEDYCYNIE

XRF - Analiza chemiczna poprzez pomiar energii promieniowania X

γ6 Liniowy Model Pozytonowego Tomografu Emisyjnego

WYZNACZANIE STAŁEJ PLANCKA Z POMIARU CHARAKTERYSTYK PRĄDOWO-NAPIĘCIOWYCH DIOD ELEKTROLUMINESCENCYJNYCH. Irena Jankowska-Sumara, Magdalena Krupska

J6 - Pomiar absorpcji promieniowania γ

1 Źródła i detektory. I. Badanie charakterystyki spektralnej nietermicznych źródeł promieniowania elektromagnetycznego

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

Badanie absorpcji promieniowania γ

WYZNACZANIE ZAWARTOŚCI POTASU

Opracowanie wyników pomiarów w ćwiczeniu "Czas połowicznego zaniku izotopów promieniotwórczych" z wykorzystaniem arkusza Excel

POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ CHEMICZNY OZNACZANIE AKTYWNOŚCI, OKRESU PÓŁTRWANIA I MAKSYMALNEJ ENERGII PROMIENIOWANIA

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

IM-20. XRF - Analiza chemiczna poprzez pomiar energii promieniowania X

Autorzy: Zbigniew Kąkol, Piotr Morawski

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

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

Detekcja promieniowania elektromagnetycznego czastek naładowanych i neutronów

C5: BADANIE POCHŁANIANIA PROMIENIOWANIA α i β W POWIETRZU oraz w ABSORBERACH

J17 - Badanie zjawiska Dopplera dla promieniowania gamma

OCHRONA RADIOLOGICZNA PACJENTA. Promieniotwórczość

gamma - Pochłanianie promieniowania γ przez materiały

II PRACOWNIA FIZYCZNA część Pracownia Jądrowa. Ćwiczenie nr 6

C5: BADANIE POCHŁANIANIA PROMIENIOWANIA α i β W POWIETRZU oraz w ABSORBERACH

Zadanie 3. (2 pkt) Uzupełnij zapis, podając liczbę masową i atomową produktu przemiany oraz jego symbol chemiczny. Th... + α

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

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

OZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA POCHŁANIANIA PROMIENIOWANIA GAMMA PRZY UŻYCIU LICZNIKA SCYNTYLACYJNEGO

ĆWICZENIE 3. BADANIE POCHŁANIANIA PROMIENIOWANIA α i β w ABSORBERACH

ĆWICZENIE 2. BADANIE CHARAKTERYSTYK SOND PROMIENIOWANIA γ

Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią

BADANIE WYMUSZONEJ AKTYWNOŚCI OPTYCZNEJ. Instrukcja wykonawcza

Budowa atomu. Izotopy

WFiIS. Wstęp teoretyczny:

Badanie próbek środowiskowych

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego - - zadania z fizyki, wzory fizyczne, fizyka matura

SPRAWDZENIE PRAWA STEFANA - BOLTZMANA

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

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

Ćwiczenie 1. Parametry statyczne diod LED

Ćwiczenie nr 96: Dozymetria promieniowania γ

Sprawdzanie prawa Ohma i wyznaczanie wykładnika w prawie Stefana-Boltzmanna

przyziemnych warstwach atmosfery.

Ćwiczenie 57 Badanie absorpcji promieniowania α

Ćwiczenie nr 2 Zastosowanie fluorescencji rentgenowskiej wzbudzanej źródłami promieniotwórczymi do pomiarów grubości powłok

Podstawowe własności jąder atomowych

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Półprzewodniki. Półprzewodniki

Pomiar maksymalnej energii promieniowania β

Zjawiska zachodzące w półprzewodnikach Przewodniki samoistne i niesamoistne

Rok akademicki: 2012/2013 Kod: JFM s Punkty ECTS: 6. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne

ĆWICZENIE 9 SPEKTROMETRIA PROMIENIOWANIA GAMMA W ZASTOSOWANIU DO ŹRÓDEŁ O DUŻEJ OBJĘTOŚCI

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

IX. DIODY PÓŁPRZEWODNIKOWE Janusz Adamowski

Ćwiczenie nr 5. Pomiar górnej granicy widma energetycznego Promieniowania beta metodą absorpcji.

wyznaczenie zasięgu efektywnego, energii maksymalnej oraz prędkości czastek β o zasięgu maksymalnym,

CHEMIA LEKCJA 1. Budowa atomu, Izotopy Promieniotwórczość naturalna i sztuczna. Model atomu Bohra

2.1 Cechowanie termopary i termistora(c1)

Wyznaczanie czasu połowicznego zaniku izotopu promieniotwórczego

POLITECHNIKA WARSZAWSKA Wydział Fizyki

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

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

FIZYKA KLASA I LICEUM OGÓLNOKSZTAŁCĄCEGO

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 121: Termometr oporowy i termopara

BADANIE WŁASNOŚCI PROMIENIOWANIA GAMMA PRZY POMOCY SPEKTROMETRU SCYNTYLACYJNEGO

Energetyka Jądrowa. Wykład 3 14 marca Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

Ć W I C Z E N I E N R J-1

Rekapitulacja. Detekcja światła. Rekapitulacja. Rekapitulacja

Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznych

Ćwiczenie nr 43: HALOTRON

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

PROMIENIOWANIE RENTGENOWSKIE

- ĆWICZENIA - Radioaktywność w środowisku naturalnym K. Sobianowska, A. Sobianowska-Turek,

Promieniowanie jonizujące i metody radioizotopowe. dr Marcin Lipowczan

TEORIA PASMOWA CIAŁ STAŁYCH

Β2 - DETEKTOR SCYNTYLACYJNY POZYCYJNIE CZUŁY

Ćwiczenie 5 BADANIE ZALEŻNOŚCI PRZEWODNICTWA ELEKTRYCZNEGO PÓŁPRZEWODNIKA OD TEMPERATURY 1.WIADOMOŚCI OGÓLNE

Transkrypt:

Ćwiczenie 3 : Spektrometr promieniowania gamma z licznikiem półprzewodnikowym Ge(Li) Oskar Gawlik, Jacek Grela 3 listopada 28 1 Wstęp 1.1 Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się i nacechowanie licznika półprzewodnikowego Ge(Li), wyznaczenie energetycznej zdolności rozdzielczej detektora oraz identyfikacja izotopów promieniotwórczych. 1.2 Teoretyczne podstawy 1.2.1 Promieniowanie gamma Jedną z emanacji promieniowania jądrowego jest promieniowanie gamma, badane w szczególności w tym ćwiczeniu. Są to fale elektromagnetyczne o umownych długościach fal < 1 1 m, powstałe w wyniku rozpadów α, β, niesprężystych zderzeń z neutronami prędkimi, reakcje z tworzeniem się jąder złożonych, rozszczepienia jąder ciężkich. W odróżnieniu od atomowego promieniowania X, jest to źródło emitowane przez same jądra (przechodzenie do stanu podstawowego). Z promieniowaniem jest związana energia dana wzorem E = hν. 1.2.2 Detektor półprzewodnikowy Do detekcji promieniowania użyto licznika półprzewodnikowego dryfowanego Ge(Li). Jest to rodzaj detektora oparty o działanie łącza p-n. Zjawisko tzw. dryfu litu jest wykorzystane aby poszerzyć warstwę zaporową (nawet do kilku cm) co umożliwia wykorzystanie tego typu urządzeń do wykrywania promieniowania gamma oraz X. German jest dodatkowo dostosowany do fotonów wysokoenergetycznych (ponad 5 kev) ponieważ posiada większą gęstość oraz silniejszą absorbcję promieniowania. Zasadniczą wadą tych liczników jest konieczność przechowywania ich w niskiej temperaturze, np. ciekłym azocie. Dzieje się tak ponieważ energia wiązania litu w germanie jest bardzo mała przez co w temperaturze pokojowej pierwiastek ten wyparowałby. Poniżej przedstawiono schematyczne działanie złącza p-n. Rys.1 Złącze p-n. E pole elektryczne warstwy zubożonej, I natężenie prądu powstałe w wyniku ruchu elektronów wybitych, hv kwant promieniowania EM. 1

Zjawiskiem utrudniającym korzystanie z tych przewodników jest tzw. prąd upływu którego przyczyną jest termiczne drganie sieci krystalicznej. Z teorii ciała stałego wiadomo, że energia ta może być przechwycona przez elektrony walencyjne, wskutek czego są one przenoszone do pasma przewodnictwa. Prawdopodobieństwo takiego zajścia wyraża się wzorem: P = P e E kt (1) P prawdopodobieństwo zajścia takiego przejścia, P stała normalizacyjna, E szerokość przerwy energetycznej między pasmem walencyjnym i przewodnictwa, k stała Boltzmanna, T temperatura ośrodka. 1.2.3 Inne wielkości związane (aktywność, energetyczna zdolność rozdzielcza) Aktywność pierwiastka jest zdefiniowana jako: a = dn (2) dt N liczba jąder w chwili t, Wielkość ta określa jak szybko jądra danego izotopu zmieniają się (np. wypromieniowują energię zmieniając jednocześnie swój stan). W ćwiczeniu jest potrzebna również energetyczna zdolność rozdzielcza którą definiuje się jako szerokość połówkową wykresu. h x.5h h wysokość piku, x szukana zdolność rozdzielcza, Rys.2 Schemat obrazujący wielkość zdolności rozdzielczej. 1.3 Przebieg doświadczenia Zliczanie w każdym przypadku trwało 1 minut, do spisania wyników użyto komputera z kartą analizatora. 2

2 Eksperyment 2.1 Cechowanie Pierwszą czynnością, którą należy wykonać przy badaniu promieniotwórczości jest wycechowanie detektora przy pomocy znanych izotopów. W ten sposób sygnał z kanałów detektora mogą zostać przetłumaczone bezpośrednio na energię. Zbadano trzy izotopy : 6 Co, 137 Cs, i przyporządkowano w programie obsługującym odpowiednie kanały do znanych pików energetycznych 1. Bezpośrednio pobrany z analizatora wykres zliczeń (wzbogacony o zidentyfikowane piki) został przedstawiony na Wyk.1 : 12 Punkty pomiarowe 1 8 6 137 Cs 4 2 5 1 15 2 25 3 ch [-] Wyk.1 Zliczenia detektora w funkcji kanału ch, zaznaczono odpowiednie piki. Gdzie n to liczba fotonów wykrytych przez detektor zaś ch to numer kanału. Wyniki cechowania (poszukiwanie pików) zestawiono w Tab.1 : Tab.1 Tabela z wynikami cechowania. Izotop E [kev ] Kanał (ch) 6 Co 3 2668 6 Co 1173 2341 137 Cs 662 1288 384 716 356 659 33 549 276 495 81 92 Izotop źródło fotonów o danej energii E, E [kev ] energia fotonów danego piku odczytana z zewnątrz 1, Kanał (ch) kanał detektora odpowiadający, w nieznany jeszcze sposób, energii. Niepewności tych danych są nam nieznane, zarówno wspomniana tabela z energiami jak i program obsługujący całość eksperymentu nie wspominają o nich. Przyjmiemy więc, że wynoszą zero. Na podstawie danych z Tab.1 wyznaczymy metodą regresji liniowej 2 prostą: 6 Co 6 Co E = a ch + b (3) 1 do identyfikacji pików użyto Tabeli 1.2, str. 17, z książki B. Dziunikowskiego i S. Kality Ćwiczenia laboratoryjne z jądrowych metod pomiarowych 2 użyto programu gnuplot 3

Odzwierciedla ona relację energii i kanału, całość przedstawia Wyk.2 : 14 12 Cechowanie 1 8 6 4 2 5 1 15 2 25 Wyk.2 Zależność E(ch) wraz z regresją - cechowanie detektora. ch [-] a =.48595 ±.13b = 36. ±.19 Program obsługujący licznik automatycznie przelicza regresję gdy podamy mu dane z Tab.1, przeskalowując kanały na energię. Z prostej cechowania można wyznaczyć tzw. zero analizatora czyli energię dla której kanał wynosi. Ze wzoru (3) widać, że parametr ten jest równy liczbie b. 2.2 Wyznaczenie energetycznej zdolności rozdzielczej Energetyczną zdolność rozdzielczą wyznaczymy z przeskalowanego pomiaru cechowania. Zgodnie z definicją przedstawioną we wprowadzeniu teoretycznym, metodą półgraficzną na Wyk.3 wyznaczono ten parametr: 5 45 Pik Kobalt 6 n=237 4 35 3 25 2 de 15 1 5 132 1325 5 134 1345 Wyk.3 Przybliżenie piku 6 Co o E = 3 [kev ], graficznie wyznaczona rozdzielczość energetyczna. Gdzie de to szukana zdolność rozdzielczość, reszta oznaczeń obowiązuje dalej. 4

Z wykresu wynika, że wynosi ona: de = 4 ±.1 [kev ] Niepewność wynika szacunkowo z rozdzielczości obrazka z którego wynik został uzyskany. Nie podejmowano bardziej zaawansowanych metod wyszukiwania tej wielkości. 2.3 danie izotopów Zwieńczeniem ćwiczenia jest zbadanie izotopów promieniotwórczych 56 Mn, 22 Na oraz 241 Am. 2.3.1 Mangan 4 847.5 kev Mangan 56 35 3 25 2 15 1 5 1811.7 kev 5 1 15 2 Wyk.4 Wykres 56 Mn z naniesionymi zidentyfikowanymi pikami. 2.3.2 Ameryk 2 18 59.8 kev Ameryk 241 16 14 12 1 8 6 4 2 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 Wyk.5 Wykres 241 Am z naniesionymi zidentyfikowanymi pikami. 5

2.3.3 Sód 12 511.5 kev Sod 22 1 8 6 4 2 1274.7 kev 2 4 6 8 1 12 14 16 Wyk.6 Wykres 22 Na z naniesionymi zidentyfikowanymi pikami. 3 Wnioski 1. Przeprowadzone cechowanie bardzo dobrze nastroiło posiadaną aparaturę, bardzo małe niepewności powinny przełożyć się na pewne pomiary (niepewności względne parametrów prostej regresji wyniosły odpowiednio u(a) =.27% i u(b) =.52%). Zero analizatora (dolna granica nałożona przez aparaturę interpretującą sygnał detektora) zostało wyznaczone z dużą dokładnością i okazało się relatywnie niskie (b = 36. ±.19 [kev ]). Nie powinniśmy więc opuścić żadnego piku w badanych izotopach. 2. Z podanych wcześniej źródeł zidentyfikowano poprawnie próbki i emitowane z nich energie. Jedynie 56 Mn nie jest pewny ponieważ nie dysponowano zaufanym źródłem (uzgodniono jedynie z wynikami opracowania z lat ubiegłych). W Tab.2 poniżej zestawiono wyniki i wartości tablicowe: Izotop Eksperyment [kev ] Źródło niezależne [kev ] Szczegóły 56 Mn 847.5 846.8 Pr. gamma 3 56 Mn 1811.7 181.7 J/W 3 241 Am 59.8 6 J/W 4 22 Na 511.5 511 Z anihilacji β + 4 22 Na 1274.4 1275 Pr. gamma 4 3. Na Wyk.4 i Wyk.6 widać wyraźnie charakterystyczną postać tła z jedną dosyć wyraźnym ekstremum. Najprawdopodobniej jest to konsekwencja użycia licznika germanowego który posiada w funkcji krawędzi absobrcji bardzo podobnie zachowujący się wykres 5. 3 Pobrane ze sprawozdania umieszczonego w internecie 4 ponownie użyto Tabeli 1.2, str. 17, z książki B. Dziunikowskiego i S. Kality Ćwiczenia laboratoryjne z jądrowych metod pomiarowych 5 zob. Rys. 5.15, str. 11 z Ćwiczeń laboratoryjnych z jądrowych metod pomiarowych 6