| 47,7 → 47,7 |
|---|
| \begin{center} \Large{Měření spektra gamma záření scintilačním počítačem} \end{center} |
| |
| \begin{abstract} |
| Úloha se zabývá měřením základních geometrických parametrů zobrazovacích elementů. |
| Úloha se zabývá měřením spekter nejběžnějších umělých zářičů a metodami cejchování scintilačního detektoru. |
| \end{abstract} |
| |
| \section{Úvod} |
| 65,27 → 65,126 |
|---|
| |
| \section{Experimentální uspořádání a metody} |
| |
| \subsection{Pomůcky} |
| Scintilační detektor, zdroj vysokého napětí NL2410, jednokanálový analyzátor PHYWE, čítač impulsů NL2301, multikanálový analyzátor PHYWE, osciloskop, osobní počítač, zdroje gama záření, USB link PASCO 2100, materiály pro rentgenovou fluorescenci - Pb,Au, program pro datový sběr Data Studio, program MEASURE. |
| |
| \subsection{Teoretický úvod} |
| Radioaktivita je charakterizována, jako jev při němž se jádro atomu určitého prvku samovolně přemění na jádro jiného prvku, tento proces je často doprovázen emisí vysokoenergetického záření. Jádra s těmito vlastnostmi se nazývají radionuklidy - radioaktivní zářiče. Rozeznáváme $\alpha, \beta, \gamma $ zářiče. Aktivita je veličina charakterizující počet jader, které se přemění za 1s, jednotkou je 1 becquerel [Bq]. Počet jader ve vzorku se řídí rovnicí |
| \begin{equation} \displaystyle N_{(t)}=N_0 \rm {e}^{-\lambda t}, \end{equation} |
| |
| kde $N_0$ je počet jader na počátku měření a $\lambda$ je střední pravděpodobnost rozpadu jádra. Dále platí rovnost |
| |
| \begin{equation} \displaystyle \lambda=\frac{\rm {ln}2}{T_{\frac{1}{2}}},\end{equation} |
| kde $T_{\frac{1}{2}}$ je poločas rozpadu, doba za kterou se rozpadne právě $\frac{1}{2}$ jader. |
| \\ |
| Průchod záření látkou: \\ |
| Comptonův rozptyl: Jedná se vlastně o pružnou srážku fotonu a elektronu. Foton změní svůj směr díky absorpci části energie volným elektronem. \\ |
| Fotoefekt: Foton všechnu energii předá elektronu, který byl vázán v atomu, a nyní je vyražen a pohybuje se.\\ |
| Tvorba elektron/pozitronový pár: Foton má dostatečnou energii ($ \succ 2m_ec^2$), při průletu silným polem zanikne za vniku elektron-pozitronového páru. Následnou anihilací vzniknou dva fotony o energii 511keV. |
| |
| \subsection{Pomůcky} |
| Scintilační detektor, zdroj vysokého napětí NL2410, jednokanálový analyzátor PHYWE, čítač impulsů NL2301, multikanálový analyzátor PHYWE, osciloskop, osobní počítač, zdroje gama záření, USB link PASCO 2100, program pro datový sběr Data Studio, program MEASURE. |
| |
| \section{Výsledky a postup měření} |
| Nejdříve jsme změřili spektrum zářiče Cs137 jednokanálovým analyzátorem. Šířku okna detektoru jsme nastavili na 100mV. V tomto okně jsme pak čítačem měřili četnost impulzů. Naměřené hodnoty jsou vidět v grafu. |
| \subsection{Manuální měření se jednokanálovým analyzátorem} |
| Nejdříve jsme změřili spektrum zářiče $^{137}\rm Cs$ jednokanálovým analyzátorem. Šířku okna detektoru jsme nastavili na 100mV. V tomto okně jsme pak čítačem měřili četnost impulzů. Naměřené hodnoty jsou vidět v grafu. |
| |
| |
| \begin{figure} |
| \begin{center} |
| \label{amplituda} |
| \includegraphics [width=100mm] {Cs137_manualne.png} |
| \caption{Manuální měření $^{137}\rm Cs$} |
| \end{center} |
| \end{figure} |
| |
| \subsection{Automatický mnohakanálový analyzátor} |
| |
| Pomocí mnohakanálového analyzátoru připojeného k počítači jsme změřili gamma spektra zářičů $^{241}\rm Am$, $^{60}\rm Co$ a $^{133}\rm Ba$, které jsme pak graficky zpracovali. |
| |
| \begin{figure} |
| \begin{center} |
| \includegraphics [width=150mm] {Cs137_manualne.png} |
| \label{amplituda} |
| \includegraphics [width=100mm] {Am241.png} |
| \caption{Změřené spektrum $^{241}\rm Am$} |
| \end{center} |
| \caption{Závislost indexu lomu na vlnové délce} |
| \end{figure} |
| |
| |
| \begin{figure} |
| \label{amplituda} |
| \begin{center} |
| \includegraphics [width=100mm] {Ba133.png} |
| \end{center} |
| \caption{Změřené spektrum $^{133}\rm Ba$} |
| \end{figure} |
| |
| |
| \begin{figure} |
| \label{amplituda} |
| \begin{center} |
| \includegraphics [width=100mm] {Co60.png} |
| \end{center} |
| \caption{Změřené spektrum $^{60}\rm Co$} |
| \end{figure} |
| |
| \begin{figure} |
| \label{amplituda} |
| \begin{center} |
| \includegraphics [width=100mm] {Cs137.png} |
| \end{center} |
| \caption{Změřené spektrum $^{137}\rm Cs$} |
| \end{figure} |
| |
| |
| \subsection{Identifikace neznámého zářiče} |
| |
| Ve spektru neznámého zářiče jsme nalezli dva charakteristické píky první s energií 550 keV a druhý s mnohem nižší intenzitou a energií 1270 keV. |
| Neznámý zářič jsme určili jako Na22, podle charakteristického píku 1274.5keV. |
| |
| \begin{figure} |
| \label{amplituda} |
| \begin{center} |
| \includegraphics [width=100mm] {neznamy.png} |
| \end{center} |
| \caption{Změřené spektrum neznámého zářiče} |
| \end{figure} |
| |
| \subsection{Kalibrace detektoru} |
| |
| Ze známých energií zářičů $^{60}\rm Co$ a $^{137}\rm Cs$ bylo možné kanálům analyzátoru přiřadit konkrétní hodnotu energie a tím získat kalibrační křivku. |
| |
| \begin{figure} |
| \label{amplituda} |
| \begin{center} |
| \includegraphics [width=100mm] {kalibrace.png} |
| \end{center} |
| \caption{Kalibrační křivka scintilačního detektoru} |
| \end{figure} |
| |
| Dále jsme pro píky zářičů $^{60}\rm Co$ a $^{137}\rm Cs$ určili jejich šířku v polovině maxima. A z této hodnoty a jejich energií určili energetickou rozlišovací schopnost detektoru. |
| |
| \begin{figure} |
| \label{amplituda} |
| \begin{center} |
| \includegraphics [width=100mm] {Ekalibrace.png} |
| \end{center} |
| \caption{Energetická rozlišovací schopnost} |
| \end{figure} |
| |
| \subsection{Útlum olova} |
| |
| Pro měření jsme použili několik vrstev olověných plátů. A změřili nejdříve spektrum za vrstvou olova 4,7mm. Pak jsme otočili detektor a přidali další vrstvu olova. Ovšem právě tato změna konfigurace měření znemožňuje přesně určit útlum v materiálu, neboť se tím změnila i konfigurace zářičů. Nicméně je z naměřených hodnot patrné, že vyšší energie jsou utlumeny méně, než energie nízké. |
| |
| \begin{figure} |
| \label{amplituda} |
| \begin{center} |
| \includegraphics [width=100mm] {olovo.png} |
| \end{center} |
| \caption{Útlum vrstvy olova} |
| \end{figure} |
| |
| |
| \section{Diskuse} |
| \begin{enumerate} |
| \item Po správném nastavení osciloskopu připojeného na jednokanálový spektrometr bylo vidět průběhy mnoha pulzů překrývajíících se přes sebe. Kde ve vyšších amplitudách byla patrná jistá nehomogenita,podle které bylo možno předpokládat existenci charakteristického píku. |
| \item Po správném nastavení osciloskopu připojeného na jednokanálový spektrometr bylo vidět průběhy mnoha pulzů překrývajících se přes sebe. Kde ve vyšších amplitudách byla patrná jistá nehomogenita,podle které bylo možno předpokládat existenci charakteristického píku. |
| |
| \item Spektrum $ ^{137}\rm Cs$ jsme naměřili pomocí manuálního měření. Použité okno bylo 100mV. Naměřené spektrum je uvedeno v grafu. |
| |
| 93,18 → 192,19 |
|---|
| |
| \item Díky znalosti charakteristických energií $^{137}\rm Cs$ a $^{60}\rm Co$ jsme získali kalibrační křivku detektoru a také jeho rozlišovací schopnost v závislosti na energii záření. Obě tyto charakteristiky jsou vyneseny v grafech. |
| |
| \item Pro zářič $ ^{137}\rm Cs$ jsme určili hodnotu píku zpětného rozptylu, komptonovy hrany, energii rentgenoveho piku. |
| \item K přesnému určení bližších parametrů spektra $ ^{137}\rm Cs$ bohužel nemáme potřebná data, protože o část spektra jsme neplánovaně přišli zřejmě v důsledku chyby v softwaru. Což jsme zjistili až po ukončení měření. Nicméně některé hodnoty jsme přibližně určili z poznámek během měření. Pík zpětného rozptylu byl na 190 keV a Comptonova hrana 440keV. |
| |
| \item Neznámý zářič jsme díky charakteristocké energii identifikovali jako. |
| \item Neznámý zářič jsme díky charakteristické energii identifikovali jako. |
| |
| \item Spektráním analyzátorem jsem také naměřili přírodní pozadí v místnosti. Avšak naměřené itenzity jsou tak malé, že nemohou nijak výrazně ovlivnit tvar naměřených spekter. Zároveň se také nepodařilo v naměřeném pozadí identifikovat konkrétní zářiče, protože naměřená data neobsahují, žádný identifikovatelný pík. |
| \item Spektrálním analyzátorem jsem také naměřili přírodní pozadí v místnosti. Avšak naměřené intenzity jsou tak malé, že nemohou nijak výrazně ovlivnit tvar naměřených spekter. Zároveň se také nepodařilo v naměřeném pozadí identifikovat konkrétní zářiče, protože naměřená data neobsahují, žádný identifikovatelný pík. |
| |
| |
| \end{enumerate} |
| |
| \section{Závěr} |
| V měření se podařilo získat spektra zářičů $ ^{137}\rm Cs$ , $^{241}\rm Am$, $^{60}\rm Co$ a $^{133}\rm Ba$ kalibrovat scintilační detektor a zjistit jeho energetické rozlišení. A následně i identifikovat neznámý zářič. |
| |
| |
| |
| \begin{thebibliography}{10} %REFERENCE |
| \bibitem{3} {http://praktika.fjfi.cvut.cz/GammaSpektr/GammaSpektr.pdf}{ -Zadání úlohy} |
| \end{thebibliography} |
