Badanie rozkładów kątowych kwantów anihilacyjnych γ z anihilacji pozyton i elektron w 22 Na Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest: poznanie metody pomiarów w koincydencji, możliwości i zastosowania; poznanie rodzajów koincydencji; poznanie zasady działania układu koincydencyjnego; określenie rozkładu korelacji kątowych kwantów promieniowania γ powstających w procesie anihilacji pozyton elektron dla preparatu 22 Na. Zagadnienia do przygotowania 1. Zjawisko anihilacji. 2. Rodzaje pomiarów w koincydencji i możliwości zastosowania. 3. Budowa, zasada działania oraz parametry elektronicznego układu koincydencyjnego do wyznaczania aktywności. Zadania do wykonania 1. Zestawienie i uruchomienie aparatury pomiarowej. 2. Zmierzyć widmo promieniowania γ (bez uwzględniania tła) w celu dobrania wartości wzmocnienia i ustawienia bramek analizatorów jednokanałowych. 3. Pomiar liczby zliczeń w czasie dla poszczególnych torów. 4. Oszacować wielkość apertury. 5. Pomiar liczby zliczeń w koincydencji w czasie dla 22 Na dla kolejnych wartości kąta θ w przedziale <180 o ;;±140 o > z krokiem równym szerokości połowy apertury (gdzie θ kąt pomiędzy dwoma detektorami scyntylacyjnymi). 6. Pomiar tła z dokładnością co najmniej 1-5 % dla poszczególnych torów układu koincydencji. 7. Oszacować i zmierzyć liczbę koincydencji dla tła. 1
8. Obliczyć liczbę koincydencji uwzględniając koincydencje przypadkowe. 9. Sporządzić wykres liczby zliczeń w funkcji kąta θ. Wprowadzenie teoretyczne Anihilacja Anihilacja to proces oddziaływania cząstki ze swoją antycząstką (elektronu z pozytonem, protonu z antyprotonem) w wyniku tego procesu znika cząstka i antycząstka, a zostaje wykreowana pewna liczba fotonów (kwantów γ), w przypadku bardzo dużych energii mogą powstać inne cząstki. W opisywanym eksperymencie źródłem pozytonów jest rozpad β + nietrwałego nuklidu sodu ( 22 Na). Główne drogi rozpadu 22 Na (rysunek 1) to rozpad β + (90%) podczas, którego emitowane są pozytony o maksymalnej energii kinetycznej 0,547 MeV oraz wychwyt elektronu z powłoki atomowej (10%) oba te procesy prowadzą do przemiany jadra sodu o liczbie masowej 22 we wzbudzone jadro neonu. Jądro neonu przechodząc do emituje kwant γ o energii 1,274 MeV, czas życia stanu wzbudzonego wynosi 3 ps. Rysunek 1 Schemat rozpadu 22 Na (oznaczenia na schemacie: 2.60 y - czas połowicznego rozpadu w latach, schemat nie uwzględnia wychwytu elektronu, a ta drogą zachodzi około 10% rozpadów; β + 90% - rozpad do 2
stanu wzbudzonego Neonu z emisją pozytonu o energii kinetycznej 0,547 MeV; β + 0,05% - rozpad do stanu podstawowego Neonu z emisją pozytonu o energii kinetycznej 1,83 MeV) Rozpad β + dla 22 Na opisujemy równaniem: 22 22 + 11 Na 10 Ne + β + ν (1) e Gdzie Ne - neon (wzbudzone jądro), β + - pozyton, ν e - neutrino elektronowe. Pozyton traci swoją energię kinetyczną oddziałując z elektronami powłok atomowych i wywołuje jonizacje. Utrata energii kinetycznej pozytonu do poziomu energii termicznej zajmuje kilka pikosekund. Wraz ze spadkiem energii kinetycznej rośnie prawdopodobieństwo wychwycenia (sparowania) pozytonu przez elektron. Anihilacja pozytonu i elektronu musi spełniać zasadę zachowania energii i pędu. Zgodnie z zależnością (2) i zasadą zachowania, energia wydzielona podczas anihilacji równa jest masom spoczynkowym obydwu cząstek, czyli 2*511keV. Zasada zachowania pędu wymaga z kolei emisji więcej niż jednego kwantu γ. E 2 = mec (2) Gdzie E -energia, m e - masa spoczynkowa (w tym przypadku elektronu lub pozytonu), c - prędkość światła. Pokrótce opisane tutaj zostaną dwa skrajne przypadki anihilacji pozytonu w metalach i izolatorach. W metalach w paśmie przewodnictwa znajdują się swobodne elektrony i to właśnie z nimi anihilują pozytony. Podczas anihilacji całkowita masa spoczynkowa pozytonu i elektronu przekształca się na energię i następuje emisja dwóch kwantów γ o równych energiach 511 kev emitowane pod kątem 180 o. W izolatorach nie ma swobodnych elektronów pozytony parują się ze słabo związanymi elektronami walencyjnymi. Sprzyja to tworzeniu pozytonium (pozytronium), czyli krótko życiowego układu podobnego do atomu wodoru, w którym obie cząstki poruszają się wokół wspólnego środka masy. Ze względu na spiny elektronu i pozytonu wyróżniamy: Para-pozytonium spiny elektronu i pozytonu mają przeciwny zwrot, czas życia 125 ps 3
Orto-pozytonium spiny elektronu i pozytonu mają zgodne zwroty, czas życia 142 ns (ponad tysiąc razy dłuższy niż dla para-pozytonium) Para-pozytonium anihiluje emitując dwa kwanty γ równych energiach 511 kev emitowane pod kątem 180 o. Istnieje niewielkie prawdopodobieństwo (około jeden na milion) anihilacji para-pozytonium z emisją 4 kwantów γ. Głównym mechanizmem anihilacji orto-pozytonium jest emisja trzech kwantów γ o nierównomiernym podziale energii (1022 kev). W około jednym przypadku na milion anihilacja orto-pozytionium następuje poprzez emisję pięciu kwantów γ. Zróżnicowanie czasów życia pozytonu (w zależności od łatwości znalezienia elektronu do sparowania) w połączeniu z zastosowaniem szybkich układów elektronicznych koincydencji umożliwia badania materiałowe - badanie koncentracji defektów w materiałach. Rysunek 2. Widmo promieniowania γ dla 22 Na i kwantów anihilacyjnych (po prawej linia 1,27 MeV, kwanty anihilacyjne linia 511 kev - maksymalne natężenie) Rodzaje pomiarów w koincydencji i możliwości zastosowania Metoda pomiarów w koincydencji jest szeroko stosowana do detekcji i identyfikacji materiałów radioaktywnych, określania ich aktywności bezwzględnej i stałej rozpadu. Metoda ta polega na rejestracji dwóch lub większej ilości zdarzeń następujących w tym samym czasie (lub niemalże w tym samym czasie jedno po drugim) inne pojedyncze zdarzenia nie są rejestrowane. Rozdzielczość czasowa rejestracji jest uzależniona od użytej 4
aparatury i obecnie wynosi od około 100 ps dla szybkich układów do kilku mikrosekund dla wolnych. Można wyróżnić koincydencje β-γ, α-γ i γ-γ. Koincydencja β-γ - metoda ta polega na rejestrowaniu cząstki β i będącego z nią w koincydencji kwantu γ. Przykładem, dla którego można zastosować koincydencję β-γ mogą być badania próbek aktywowanych w strumieniu neutronów termicznych (o energiach kinetycznych porównywalnych do kt). Dle neutronów o energiach termicznych najbardziej prawdopodobną reakcją jest wychwyt neutronu (n,γ) prowadzący do nowego izotopu oryginalnego nuklidu. Uzyskany izotop jest w stanie wzbudzonym i ulega deekscytacji np. emitując kwant lub kwanty γ - jest to proces na tyle szybki (zazwyczaj czasy życia wzbudzonych jąder wynoszą 10-8 10-12 s), że nastąpi pomiędzy aktywacją, a przemieszczeniem próbki z miejsca aktywacji do miejsca pomiaru. Nuklidy uzyskane na drodze aktywacji zazwyczaj są niestabilne, a jako bogate w neutrony rozpadają się w wyniku przemiany β - np. 28 Al ~ 28 28 13 Al 14 Si + β + ν e (3) Rysunek 3. Schemat rozpadu 28 Al 5
Ciekawostką jest, że koincydencji β-γ nie uda się zastosować przy badaniu przemiany 137 Cs, który poprzez rozpad β - (równanie 3 i Rysunek 3.) przechodzi do stanu wzbudzonego 137 Ba, a następnie emitując kwant γ o energii 661,7 kev przechodzi do stanu podstawowego. Według tego schematu zachodzi 94,7% rozpadów 137 Cs. Jednak czas życia stanu wzbudzonego 137 Ba wynosi 2,5 minuty. Koincydencja α-γ - analogicznie jak w przypadku koincydencji β-γ w tym przypadku rejestruje się cząstkę α, a następnie kwant γ. Ten typ koincydencji możemy zastosować np. do badania uranu ( 238 U), który poprzez rozpad α (emisja jądra helu 4 2He) przechodzi w tor: Przemiana 238 U ma dwie główne drogi: 238 U 234 92 90 Th +α w 79% rozpadów prowadzi do Toru w stanie podstawowym, emitowana jest cząstka α o energii 4,198 MeV; w 21% rozpadów emitowana jest cząstka α o energii 4,151MeV, a produktem jest jądro Toru w stanie wzbudzonym, z którego następuje emisja kwantu γ o energii 49,6 kev (czas życia stanu wzbudzonego wynosi 0,37 ns) Rysunek 4. Schemat rozpadu 238 U 6
Na Rysunku 5. przedstawiono widmo energetyczne cząstek α produkowanych podczas rozpadu 238 U. Podczas rejestracji koincydencji α-γ rejestrujemy tylko cząstki α o energii 4,151MeV gdyż warunkiem koniecznym jest zarejestrowanie w odpowiednio krótkim odstępie czasu (czas rozdzielczy aparatury) cząstki α i stowarzyszonego z nią kwantu γ. Rysunek 5. Widmo energetyczne cząstek α emitowanych podczas rozpadu 238 U Koincydencja γ-γ polega równoczesnej rejestracji podlegają dwa lub większa ilość kwantów γ. Rejestrowane kwanty γ mogą być wyemitowane równocześnie jak w przypadku anihilacji pozytonu i elektronu (po rozpadzie β + 22 Na) lub jeden po drugim w wyniku kaskady przejść od stanu wzbudzonego jądra do stanu podstawowego jak np. w przemianie 60 Co. W przypadku rejestracji kwantów anihilacyjnych z zasady zachowania pędu wynikają ścisłe korelacje kątowe pomiędzy emitowanymi fotonami. Przemiana 60 Co w 60 Ni następuje na drodze rozpadu β -, a następnie w wyniku deekscytacji jądra 60 Ni emitowane są dwa kwanty γ o energiach 1,173 i 1,332 MeV. Czasy życia stanów wzbudzonych wynoszą odpowiednio 0,3 i 0,9 ps. ~ 60 60 27 Cs = 28 Ni + β + ν e Analizując schemat rozpadu 60 Co zauważyć można, ze w tym przypadku można również stosować koincydencji β-γ. 7
Rysunek 6. Schemat rozpadu 60 Co Szczegółowy opis zastosowania koincydencji γ-γ do pomiaru aktywności bezwzględnej przedstawiono we wstępie teoretycznym do ćwiczenia: Pomiar bezwzględny aktywności Co60 metodą koincydencji. Budowa, zasada działania oraz parametry elektronicznego układu koincydencyjnego Budowa i zasada działania układu koincydencyjnego została omówiona we wstępie teoretycznym do ćwiczenia: Pomiar bezwzględny aktywności Co60 metodą koincydencji. Niemniej warto wspomnieć, że w roku 1954 Walther Bothe otrzymał nagrodę Nobla z fizyki za for the coincidence method and his discoveries made therewith. Bothe swoje badania prowadził w 20-leciu między wojennym stosując lampowe (lampowo-elektromechaniczne) układy koincydencji. W mniej niż rok po publikacji Bothe go o promieniowaniu kosmicznym (1929) ukazuje się publikacja Rossie go (1930), który zaproponował własny układ koincydencji. Układ Rossi ego zdobył dominująca pozycję i stał się inspiracją do budowy rozwiązań pochodnych, a także lepiej niż układ Bothe go nadawał się do przeniesienia na grunt elektroniki półprzewodnikowej. 8
Zestaw pomiarowy: Rysunek 7. Schemat blokowy aparatury do pomiaru bezwzględnej aktywności metodą koincydencji W skład zestawu pomiarowego (ORTEC) wchodzą: 1. Dwie sondy scyntylacyjne typ 905-3 (2M2/2) z podstawkami typ 266 PM Base; 2. Dwa przedwzmacniacze typ 113 Preamplifier; 3. Dwa zasilacze wysokiego napięcia typ 556 HV Power Supply; 4. Wzmacniacz spektroskopowy podwójny typ 855 Amplifier; 5. Dwa analizatory jednokanałowe typ 551 Timing SCA; 6. Układ koincydencji typ 418A Universal Coincidence; 9
7. Licznik typ 996 Time and Counter; 8. Generator testowy typ 480 Pulser (do testowania pracy układu); 9. Stół umożliwiający pomiar kąta pomiędzy detektorami, zamocowanie źródła i detektorów oraz kolimatorów; Elementy 3-7 umieszczone w jednej lub dwóch obudowach typu NIM 4001A z zasilaczami. Uwaga! Maksymalne napięcie pracy dla sond scyntylacyjnych model... wynosi... V przekroczenie tego napięcia grozi zniszczeniem detektora. Proponowany algorytm postępowania Uwaga! Podłączanie sondy przy włączonym wysokim napięciu może doprowadzić do jej uszkodzenia. Zestawienie i uruchomienie aparatury pomiarowej 1. Zgodnie z listą Zestaw pomiarowy sprawdzić kompletność aparatury pomiarowej. 2. Zgodnie ze schematem (Rysunkiem 7) oraz poniższą Tabelą 1 sprawdzić i/lub połączyć elementy aparatury pomiarowej: Tabela 1. Połączenia modułów aparatury pomiarowej Moduł Złącze (opis) Złącze (opis) Moduł Sonda scyntylacyjna 905-3 (2M2/2) (załoŝone na stałe) 266 PM Base 266 PM Base Anode Input 113 Preamplifier 266 PM Base Pos HV Output (z tyłu modułu) 556 HV Power Supply 113 Preamplifier Power Preamp Power (z tyłu modułu) 855 Dual Spec Amp 113 Preamplifier Output In (z tyłu modułu) 855 Dual Spec Amp 855 Dual Spec Amp Out (z tyłu modułu) AC In (z tyłu modułu) 551 Timing SCA 551 Timing SCA SCA Out (z tyłu modułu) Input (5 wejść) 418A Universal Coincidence 418A Universal Coincidence Output Pos In 996 Timer and Counter 10
Podpowiedź! Połączenie z tabeli należy zdublować dla drugiej sondy scyntylacyjnej (z uwzględnieniem, że wzmacniacz 855 Dual Spec Amp jest modułem podwójnym) Uwaga! Podłączanie i odłączanie sondy scyntylacyjnej przy włączonym wysokim napięciu może doprowadzić do jej uszkodzenia. 3. Włączyć zasilacz/e kaset/y NIM; 4. Sprawdzić i ustawić napięcie 0 V na zasilaczach wysokiego napięcia 556; 5. Włączyć zasilacze wysokiego napięcia 556; 6. Ustawić na zasilaczach 556 HV napięcie około 700 V dla sond scyntylacyjnych 905-3; Podpowiedź! Ze względu na indywidualna konieczność doboru parametrów pracy fotopowielacza (np. ze względu na zużycie) właściwe napięcie zasilania skonsultować z prowadzącym. Rysunek 8. Kaseta NIM wraz z modułami widok od czoła Zdjąć widmo promieniowania γ (bez uwzględniania tła) w celu dobrania wartości wzmocnienia i ustawienia bramek analizatorów jednokanałowych Dla prawidłowego przeprowadzenia pomiarów korelacji kątowych dla kwantów anihilacyjnych wygodnie jest zgrubnie zdjąć widmo promieniowania γ dla badanego 11
preparatu 22 Na. Następnie ustawić wzmocnienie obu kanałów wzmacniacza 855 tak, żeby linii 1,274 MeV 22 Na odpowiadała amplituda impulsów wyjściowych około 6 V, równa dla obu kanałów, a w końcu ustawić bramki analizatorów 551 na piki anihilacyjne. Operację trzeba przeprowadzić dla dwóch torów pomiarowych oddzielnie. 7. Zgodnie z regułami BHP badane źródło promieniowania umieścić na stole pomiarowym w punkcie centralnym. 8. Na płycie czołowej wzmacniacza spektroskopowego 855 ustawić: a) wzmocnienie (Coarse Gain) na wartość 2 b) wzmocnienie precyzyjne (Coarse Gain) na wartość w przedziale 4 do 7 9. Na płycie czołowej analizatora jednokanałowego 551 ustawić: Uwaga! Część przełączników jest zabezpieczona przed przypadkowym przestawieniem aby zmienić ustawienie takiego przełącznika należy odciągnąć go do siebie i przesunąć w wybrana pozycję. a) tryb pracy Win (window) b) czas 0,1-1,1 µs c) potencjometr Window or Upper Level przestawić na wartość 2 co odpowiada szerokości okna 0,2 V Podpowiedź! W trybie pracy window potencjometr wieloobrotowy Window or Upper Level określa szerokość okna w przedziale od 0 do 10 co odpowiada szerokości w przedziale 0-1V, a potencjometr Lover Level określa początek (dół) okna. 10. Z uwagi, że przeprowadzamy pomiar widma dla każdego kanału osobno to na płycie czołowej modułu koincydencji 418A ustawić: a) Coincidence Requirements pozycja 1 b) Przełączniki wszystkich kanałów oprócz kanału badanego w pozycję OFF 11. Na płycie czołowej modułu 996 ustawić: a) Time Base 0,01 s; b) Display na Preset: i. Na wyświetlaczu ustawić czas np. 10 s przy pomocy przycisków Preset: 12
a. lewym przyciskiem wybieramy miejsce dziesiątek, jedności lub wykładnik o wybranym miejscu świadczy zapalenie diody; b. prawy przycisk służy do zmiany wartości wybranego miejsca; c) Display przestawić na Count; Podpowiedź! Jeżeli na wyświetlaczu ustawimy np. 21 2 to wartość czasu wynosi 21*10 2 *0,01 s = 21 s (gdzie 0,01 s to podstawa czasu, którą ustawiliśmy wcześniej). 12. Z tak przygotowanymi parametrami początkowymi przystępujemy do pomiaru widma: a) ustawić na płycie czołowej modułu analizatora jednokanałowego 551 potencjometr Lover Level na wartość minimalną 0 co odpowiada 0V; Podpowiedź! Lover Level przyjmuje wartości od 0-10 co odpowiada od 0-10V. b) na płycie czołowej modułu 996 wcisnąć Count zapala się zielona dioda Gate układ przez zadany wcześniej czas rejestruje liczbę zliczeń; c) po zgaśnięciu diody zapisać wartość Lover Level i liczbę zliczeń; d) zwiększyć wartość Lover Lever o szerokość okna czyli dla naszego przypadku; o 0,2V i nacisnąć reset (ponownie rozpocznie się liczenie od zera) lub stop reset count; e) operację z punktów c i d powtarzać do momentu osiągnięcia maksymalnej wartości Lover Level lub do momentu zdjęcia całego widma; Podpowiedź! Uzyskane widmo powinno być analogiczne do widma na rysunku 2. Podpowiedź! Dla 22 Na powyżej wartości odpowiadającej położeniu linii 1,274 MeV układ praktycznie nie powinien rejestrować zliczeń (mogą być pojedyncze zliczenia). Jeżeli układ rejestruje zliczenia dla położenie potencjometru Lover Level około 10 to ustawiono zbyt duże wzmocnienie. 13. Proporcjonalnie ocenić jak zmienić wzmocnienie by linii 1,274 MeV 22 Na odpowiadała amplituda impulsów wyjściowych około 6 V: a) Proporcja: wartość Lover Level wartość Fine Gain 13
6V X (nowa wartość Fine Gain) b) Ustawić nową wartość wzmocnienia (Fine Gain na płycie czołowej modułu 855); c) Analogicznie jak w punkcie 12.c-e dokonując kilku pomiarów w sprawdzić położenie linii 1,274 MeV 22 Na; d) Jeżeli to konieczne dokonać korekt wzmocnienia; e) Analogicznie jak w punkcie 12.c-e określić i zanotować położenie maksimum linii 1,274 MeV 22 Na (Window or Upper Level, Lover Level); f) Zanotować wartość wzmocnienia (Fine Gain moduł 855) 14. Proporcjonalnie obliczyć położenie linii kwantów anihilacji 511 kev a) Proporcja: 1,274 MeV wartość Lover Level 0,511 MeV x (nowa wartość dla Lover Level) b) Analogicznie jak w punkcie 12.c-e dokonując kilku pomiarów w sprawdzić i zanotować położenie maksimum i szerokość linii kwantów anihilacji 511 kev (Window or Upper Level, Lover Level); Podpowiedź! Nie należy zmieniać wzmocnienia (Fine Gain moduł 855) Operacje od punktu 8 powtórzyć dla drugiego toru pomiarowego tak dobierając wzmocnienie (Fine Gain na drugim kanale wzmacniacza 855) by położenie maksimum (amplituda impulsów wyjściowych) linii 1,274 MeV 22 Na była identyczne jak w przypadku pierwszego toru pomiarowego. Pomiar liczby zliczeń w czasie dla poszczególnych torów. Podpowiedź! Otrzymane wartości zostaną użyte to wyznaczenia liczby koincydencji przypadkowych 15. Wybrać dowolnie jeden z dwóch trybów pracy analizatora jednokanałowego 551 i dobrać tak parametry pracy (analizatora jednokanałowego 551) by okno obejmowało całą szerokość linii 511 kev kwantów anihilacyjnych: 14
a) Dla trybu pracy Win (window): i. Potencjometr Window or Upper Level odpowiada szerokości okna; ii. Potencjometr Lover level odpowiada początkowi okna; b) Tryb pracy Nor (normal): i. Potencjometr Window or Upper Level odpowiada górnej granicy okna; ii. Potencjometr Lover level dolnej granicy okna; 16. Przeprowadzamy pomiar dla każdego kanału osobno na płycie czołowej modułu koincydencji 418A ustawić: c) Coincidence Requirements pozycja 1; d) Przełączniki wszystkich kanałów oprócz kanału badanego w pozycję OFF; 17. Na płycie czołowej modułu 996 Timer and Counter ustawić: e) Time Base 0,01 s; f) Display przestawić na Preset: i. Na wyświetlaczu ustawić czas pomiaru; Podpowiedź! Dobór czasu zależy od aktywności źródła (skonsultować z prowadzącym). g) Display na Count; h) Wcisnąć reset lub stop, rest i count (układ rozpoczyna rejestrować, zapala się zielona dioda przy Gate); i) Po zgaśnięciu diody Gate zapisać liczbę zliczeń; Podpowiedź! Operację powtórzyć dla drugiej linii toru pomiarowego. Oszacować wielkość apertury (odległość źródło detektor średnica detektora lub kolimatora) 18. Zmierzyć odległość kolimator źródło; 19. Zmierzyć średnicę otworu wejściowego kolimatora; 15
20. Obliczyć aperturę jako kąt pod jakim ze źródła jest widziany detektor; Pomiar liczby zliczeń w koincydencji w czasie dla 22 Na dla kolejnych wartości kąta θ w przedziale <180 o ;±140 o > z krokiem równym szerokości połowy apertury (gdzie θ kąt pomiędzy dwoma detektorami scyntylacyjnymi). 21. Na płycie czołowej modułu koincydencji 418A ustawić: Coincidence Requirements pozycja 2 Przełączniki dwóch kanałów podłączonych w pozycję COINC (pozostałe OFF) 22. Na płycie czołowej modułu 996 ustawić: Time Base 0,01 s; Display przestawić na Preset: i. Na wyświetlaczu ustawić czas pomiaru; Podpowiedź! Dobór czasu zależy od aktywności źródła, zapewne będzie to czas dłuższy niż ten wybrany w poprzednim punkcie (skonsultować z prowadzącym). Display przestawić na Count; Wcisnąć reset lub stop, rest i count (układ rozpoczyna rejestrować, zapala się zielona dioda przy Gate); Po zgaśnięciu diody Gate zapisać liczbę zliczeń; Zmienić położenie jednego z detektorów o kąt równy połowie apertury; Podpowiedź! Podczas pomiarów zmieniamy położenie tylko jednego z detektorów. Podpowiedź! Gdy liczba zliczeń spadnie do wartości bliskich równych zero zwiększyć krok. Pomiar tła z dokładnością do (1-5)% dla poszczególnych torów układu koincydencji. 23. Zachowując reguły BHP zdać prowadzącemu źródło promieniowania 24. Przeprowadzamy pomiar dla każdego kanału osobno na płycie czołowej modułu koincydencji 418A ustawić: 16
a) Coincidence Requirements pozycja 1; b) Przełączniki wszystkich kanałów oprócz kanału badanego w pozycję OFF; 25. Na płycie czołowej modułu 996 ustawić: c) Time Base 0,01 s; d) Display przestawić na Preset: i. Na wyświetlaczu ustawić czas pomiaru; Podpowiedź! Dobór czasu skonsultować z prowadzącym. e) Display przestawić na Count; f) Wcisnąć reset lub stop, rest i count (układ rozpoczyna rejestrować, zapala się zielona dioda przy Gate) g) Po zgaśnięciu diody Gate zapisać liczbę zliczeń Podpowiedź! Operację powtórzyć dla drugiego kanału. Oszacować i zmierzyć liczbę koincydencji dla tła 26. Analogicznie jak w zadaniu Pomiar liczby zliczeń w koincydencji w czasie dla 22 Na... dokonać pomiaru liczby koincydencji dla tła (tylko dla jednego kąta); Podpowiedź! Wykonanie zadania skonsultować z prowadzącym. 27. Zanotować czas rozdzielczy układu koincydencji 418A; 28. Oszacować liczbę koincydencji tła z zależności: t t t N koinc. = 2τ N1 N 2 Gdzie τ - czas rozdzielczy, N t 1 i N t 2 - częstość zliczeń tła dla dwóch torów oddzielnie. Obliczyć liczbę koincydencji uwzględniając koincydencje przypadkowe 29. Korzystając z zależności obliczyć liczbę koincydencji przypadkowych; N ' ' koinc. przyp. = 2τ N1N 2 Gdzie τ - czas rozdzielczy, N 1 i N 2 - częstość zliczeń dla dwóch torów oddzielnie. 30. Obliczyć wartość koincydencji uwzględniając tło i koincydencje przypadkowe: N = N N N ' t koinc. koinc. koinc. koinc. przyp. 17
Gdzie N t koinc. - częstość zliczeń w koincydencji dla tła (zazwyczaj jej wartość jest do zaniedbania), N koinc.przyp. - częstość koincydencji przypadkowych (wkład pochodzący od koincydencji przypadkowych, będących efektem skończonej wartości czasu rozdzielczego). Podpowiedź! Szersza dyskusja zależności na liczbę koincydencji przypadkowych znajduje się w instrukcji do ćwiczenia Pomiar bezwzględny aktywności Co60 metodą koincydencji Sporządzić wykres liczby zliczeń w funkcji kąta θ 1. Wykres sporządzić przy użyciu programu komputerowego np. Origin, Excel i dołączyć do sprawozdania; Literatura 1. Adam Strzałkowski, Wstęp do fizyki jądrowa atomowego, PWN Warszawa 1969 2. E. Skrzypczak, Z. Szefliński Wstęp do Fizyki Jądrowej i Cząstek Elementarnych 3. Janusz Araminowicz, Krystyna Małuszyńska, Marian Przytuła, Laboratorium fizyki jądrowej, PWN Warszawa 1978 4. Szczeniowski Fizyka doświadczalna, tom VI, PWN Warszawa 5. J.B. England, Metody Doświadczalne Fizyki Jądrowej, PWN Warszawa 1980 6. D. Halliday, R.Resnick, J. Walker, Podstawy fizyki, tom 5, PWN Warszawa 2003 7. J. R.Taylor, Wstęp do analizy błędu pomiarowego, PWN Warszawa 1995 8. F. Kaczmarek (pod redakcją), II pracownia fizyczna, ćwiczenia laboratoryjne z fizyki dla zaawansowanych, PWN Warszawa-Poznań 1976 9. Experiment 13 Gamma-Gamma Coincidence with Angular Correlation, ORTEC 10. Experiment 27 Positron Annihilation Lifetime Spectrometry, ORTEC 11. Instrukcja obsługi radiometru uniwersalnego RUM, Polon Alfa Bydgoszcz 12. Schematy rozpadów z National Nuclear Data Center http://www.nndc.bnl.gov/ 18