Subversion Repositories svnkaklik

Rev

Rev 775 | Rev 945 | Go to most recent revision | Show entire file | Ignore whitespace | Details | Blame | Last modification | View Log

Rev 775 Rev 776
Line 45... Line 45...
45
\end {table}
45
\end {table}
46
 
46
 
47
\begin{center} \Large{Měření spektra gamma záření scintilačním počítačem} \end{center}
47
\begin{center} \Large{Měření spektra gamma záření scintilačním počítačem} \end{center}
48
 
48
 
49
\begin{abstract}
49
\begin{abstract}
50
Úloha se zabývá měřením základních geometrických parametrů zobrazovacích elementů. 
50
Úloha se zabývá měřením spekter nejběžnějších umělých zářičů a metodami cejchování scintilačního detektoru. 
51
\end{abstract}
51
\end{abstract}
52
 
52
 
53
\section{Úvod}
53
\section{Úvod}
54
\subsection{Zadání}
54
\subsection{Zadání}
55
\begin{enumerate}
55
\begin{enumerate}
Line 63... Line 63...
63
\item Určete rozlišovací schopnost spektrometru pro energii spektrální čáry $ ^{137}\rm Cs$(viz poznámky).
63
\item Určete rozlišovací schopnost spektrometru pro energii spektrální čáry $ ^{137}\rm Cs$(viz poznámky).
64
\end{enumerate}
64
\end{enumerate}
65
 
65
 
66
\section{Experimentální uspořádání a metody}
66
\section{Experimentální uspořádání a metody}
67
 
67
 
68
\subsection{Pomůcky}
-
 
69
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.
-
 
70
 
-
 
71
\subsection{Teoretický úvod}
68
\subsection{Teoretický úvod}
-
 
69
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
-
 
70
\begin{equation} \displaystyle N_{(t)}=N_0 \rm {e}^{-\lambda t}, \end{equation}
-
 
71
 
-
 
72
kde $N_0$ je počet jader na počátku měření a $\lambda$ je střední pravděpodobnost rozpadu jádra. Dále platí rovnost
72
 
73
 
-
 
74
\begin{equation} \displaystyle \lambda=\frac{\rm {ln}2}{T_{\frac{1}{2}}},\end{equation} 
-
 
75
kde $T_{\frac{1}{2}}$ je poločas rozpadu, doba za kterou se rozpadne právě $\frac{1}{2}$ jader.
-
 
76
\\
-
 
77
Průchod záření látkou: \\
-
 
78
Comptonův rozptyl: Jedná se vlastně o pružnou srážku fotonu a elektronu. Foton změní svůj směr díky absorpci části energie volným elektronem. \\
-
 
79
Fotoefekt: Foton všechnu energii předá elektronu, který byl vázán v atomu, a nyní je vyražen a pohybuje se.\\
-
 
80
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. 
-
 
81
 
-
 
82
\subsection{Pomůcky}
-
 
83
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.
73
 
84
 
74
\section{Výsledky a postup měření}
85
\section{Výsledky a postup měření}
-
 
86
\subsection{Manuální měření se jednokanálovým analyzátorem}
75
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. 
87
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. 
-
 
88
 
-
 
89
 
-
 
90
\begin{figure}
-
 
91
\begin{center}
-
 
92
\label{amplituda}
-
 
93
\includegraphics [width=100mm] {Cs137_manualne.png} 
-
 
94
\caption{Manuální měření $^{137}\rm Cs$} 
-
 
95
\end{center}
-
 
96
\end{figure}
-
 
97
 
-
 
98
\subsection{Automatický mnohakanálový analyzátor}
-
 
99
 
-
 
100
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. 
-
 
101
 
-
 
102
\begin{figure}
-
 
103
\begin{center}
-
 
104
\label{amplituda}
-
 
105
\includegraphics [width=100mm] {Am241.png} 
-
 
106
\caption{Změřené spektrum $^{241}\rm Am$} 
-
 
107
\end{center}
-
 
108
\end{figure}
-
 
109
 
-
 
110
 
-
 
111
\begin{figure}
-
 
112
\label{amplituda}
-
 
113
\begin{center}
-
 
114
\includegraphics [width=100mm] {Ba133.png} 
-
 
115
\end{center}
-
 
116
\caption{Změřené spektrum $^{133}\rm Ba$} 
-
 
117
\end{figure}
-
 
118
 
-
 
119
 
-
 
120
\begin{figure}
-
 
121
\label{amplituda}
-
 
122
\begin{center}
-
 
123
\includegraphics [width=100mm] {Co60.png} 
-
 
124
\end{center}
-
 
125
\caption{Změřené spektrum $^{60}\rm Co$} 
-
 
126
\end{figure}
76
 
127
 
77
\begin{figure}
128
\begin{figure}
78
\label{amplituda}
129
\label{amplituda}
79
\begin{center}
130
\begin{center}
80
\includegraphics [width=150mm] {Cs137_manualne.png} 
131
\includegraphics [width=100mm] {Cs137.png} 
81
\end{center}
132
\end{center}
-
 
133
\caption{Změřené spektrum $^{137}\rm Cs$} 
-
 
134
\end{figure}
-
 
135
 
-
 
136
 
-
 
137
\subsection{Identifikace neznámého zářiče}
-
 
138
 
-
 
139
Ve spektru neznámého zářiče jsme nalezli dva charakteristické píky první s energií 550 keV a druhý s mnohem nižší intenzitou a energií 1270 keV. 
-
 
140
Neznámý zářič jsme určili jako Na22, podle charakteristického píku 1274.5keV.
-
 
141
  
-
 
142
\begin{figure}
-
 
143
\label{amplituda}
-
 
144
\begin{center}
-
 
145
\includegraphics [width=100mm] {neznamy.png} 
-
 
146
\end{center}
-
 
147
\caption{Změřené spektrum neznámého zářiče} 
-
 
148
\end{figure}
-
 
149
 
-
 
150
\subsection{Kalibrace detektoru}
-
 
151
 
-
 
152
Ze známých energií zářičů $^{60}\rm Co$ a $^{137}\rm Cs$ bylo možné kanálům analyzátoru přiřadit konkrétní hodnotu energie a tím získat kalibrační křivku. 
-
 
153
 
-
 
154
\begin{figure}
-
 
155
\label{amplituda}
-
 
156
\begin{center}
-
 
157
\includegraphics [width=100mm] {kalibrace.png} 
-
 
158
\end{center}
-
 
159
\caption{Kalibrační křivka scintilačního detektoru} 
-
 
160
\end{figure}
-
 
161
 
-
 
162
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.
-
 
163
 
-
 
164
\begin{figure}
-
 
165
\label{amplituda}
-
 
166
\begin{center}
-
 
167
\includegraphics [width=100mm] {Ekalibrace.png} 
-
 
168
\end{center}
-
 
169
\caption{Energetická rozlišovací schopnost} 
-
 
170
\end{figure}
-
 
171
 
-
 
172
\subsection{Útlum olova}
-
 
173
 
82
\caption{Závislost indexu lomu na vlnové délce} 
174
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.  
-
 
175
 
-
 
176
\begin{figure}
-
 
177
\label{amplituda}
-
 
178
\begin{center}
-
 
179
\includegraphics [width=100mm] {olovo.png} 
-
 
180
\end{center}
-
 
181
\caption{Útlum vrstvy olova} 
83
\end{figure}
182
\end{figure}
84
 
183
 
85
 
184
 
86
\section{Diskuse}
185
\section{Diskuse}
87
\begin{enumerate}
186
\begin{enumerate}
88
\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.
187
\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.
89
 
188
 
90
\item Spektrum $ ^{137}\rm Cs$ jsme naměřili pomocí manuálního měření. Použité okno bylo 100mV. Naměřené spektrum je uvedeno v grafu.
189
\item Spektrum $ ^{137}\rm Cs$ jsme naměřili pomocí manuálního měření. Použité okno bylo 100mV. Naměřené spektrum je uvedeno v grafu.
91
 
190
 
92
\item Mnohokanálovým analyzátorem jsme naměřili podobným postupem i spektra dalších zářičů. $^{241}\rm Am$, $^{60}\rm Co$ a $^{133}\rm Ba$
191
\item Mnohokanálovým analyzátorem jsme naměřili podobným postupem i spektra dalších zářičů. $^{241}\rm Am$, $^{60}\rm Co$ a $^{133}\rm Ba$
93
 
192
 
94
\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. 
193
\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. 
95
 
194
 
96
\item Pro zářič $ ^{137}\rm Cs$ jsme určili hodnotu píku zpětného rozptylu, komptonovy hrany, energii rentgenoveho piku.
195
\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. 
97
 
196
 
98
\item Neznámý zářič jsme díky charakteristocké energii identifikovali jako.
197
\item Neznámý zářič jsme díky charakteristické energii identifikovali jako.
-
 
198
 
-
 
199
\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.
99
 
200
 
100
\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.  
-
 
101
 
201
 
102
\end{enumerate}
202
\end{enumerate}
103
 
203
 
104
\section{Závěr}
204
\section{Závěr}
105
 
-
 
-
 
205
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.
106
 
206
 
107
 
207
 
108
\begin{thebibliography}{10}      %REFERENCE
208
\begin{thebibliography}{10}      %REFERENCE
109
\bibitem{3} {http://praktika.fjfi.cvut.cz/GammaSpektr/GammaSpektr.pdf}{ -Zadání úlohy}
209
\bibitem{3} {http://praktika.fjfi.cvut.cz/GammaSpektr/GammaSpektr.pdf}{ -Zadání úlohy}
110
\end{thebibliography}
210
\end{thebibliography}