Бета-спектроскопия: регистрация спектров бета-частиц, прохождение бета-частиц через вещество

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

КАЗАНСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И НЕФТЕГАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Лабораторная работа

Бета-спектроскопия: регистрация спектров бета-частиц, прохождение бета-частиц через вещество

Казань -- 2022

Введение

Цель настоящей работы - знакомство с бета-радиоактивностью и основными закономерностям бета-распада. Практическая часть работы включает в себя знакомство с техникой и методикой регистрации энергетических спектров бета-частиц на примере регистрации бета-спектра препарата ⁹⁰Sr с помощью предварительно откалиброванного по гамма-линиям ⁶⁰Co спектрометра со сцинтилляционным детектором. После этого предлагается пронаблюдать взаимодействие бета частиц с веществом посредством регистрации спектров бета-частиц ⁹⁰Sr для различных толщин алюминиевого поглотителя.

Описание установки

1 - унифицированный узел сбора данных CassyLab2;

2 - модуль многоканального анализатора;

3 - радиационная защита (Pb, ~1 см);

4 - сцинтилляционный детектор;

5 - высоковольтный источник питания ФЭУ сцинтилляционного детектора;

6 - держатель бета-радиоактивного источника

Ход работы

Включила ноутбук, источник питания CassyLab2, высоковольтный источник питания ФЭУ детектора. Запустила программное обеспечение CassyLab2. В окне «Cassy» выберала в качестве «measurement channel» верхний квадрат левого. В окне «Cassy» выберала «Show Measuring Parameters». Установила время измерения 10 минут с шагом времени в 1 секунду, напряжение на высоковольтном источнике питания ФЭУ 500В.

Попросила лаборанта установить калибровочный гамма-источник. На вкладке главного меню «Measurement» выберала пункт «Start/stop Measurement». Отрегулировала высокое напряжение питания ФЭУ таким образом, чтобы спектр калибровочного источника максимально покрывал измерительную шкалу, т.е. чтобы он не обрывался справа и не был чрезмерно сжат в течение всех 10 минут. Остановила измерения. По окончании выбора рабочего напряжения ФЭУ выполнила регистрацию калибровочного спектра в течение 10 минут. Выполнила калибровку энергетической шкалы по зарегистрированному спектру. Попросила лаборанта убрать калибровочный источник и установить бета-источник ⁹⁰Sr. Зарегистрировала спектр бета-частиц без поглотителя. Поместила алюминиевую пластину на торец сцинтилляционного детектора и зарегистрировала спектр с поглотителем.

Повторила предыдущий шаг с другой толщиной поглотителя. На измеренных спектрах определила Em как точку пересечения спектра и оси абсцисс

Результаты

Форма бета-спектра

Рисунок 2 - Бета-спектр 90Sr без поглотителя (чёрная кривая) и с алюминиевым поглотителем различной толщины (цветные кривые)

Обработка результатов

Определение удельных потерь энергии

Построили график зависимости Em от толщины поглотителя. На нем показана зависимость максимальной энергии бета-частиц от толщины алюминиевого поглотителя. Наклон прямой линии, аппроксимирующий экспериментальную зависимость, показывает потери энергии на единицу длины пути бета-частиц в алюминии:

График зависимости макс энергии бета-частиц Е от толщины поглотителя d

бета радиоактивность спектр

Определение энергии распада

Алюминиевая защита сцинтилляционного детектора (d₀ = 0.4 мм) приводит к дополнительным потерям энергии бета-частиц:

Вывод

Измеренная величина потери энергии на единицу длины пути бета-частиц в алюминии (385,37) оказывается несколько меньшей из методички для чистого алюминия (410), поскольку алюминий, выпускаемый промышленным способом, всегда содержит небольшое количество примесей с большим атомным номером. Оценила толщину поглотителя, необходимую для полного поглощения бета-частиц ⁹⁰Sr 4,95мм. С поправкой на потери в защите измеренная максимальная энергия бета- частиц, покидающих источник, составляет E = 1909 кэВ + 154 кэВ = 2063 кэВ. Энергия распада для перехода ⁹⁰Y в ⁹⁰Zr E = 2274 кэВ, что на 111 кэВ выше измеренной в эксперименте величины. Это различие вызвано наличием герметизирующего радиоактивный источник материала и потерями в нём (фольга Au-Pd толщиной 0.15 мм).

Размещено на Allbest.ru