| Line 35... |
Line 35... |
| 35 |
\begin {table}[tbp]
|
35 |
\begin {table}[tbp]
|
| 36 |
\begin {center}
|
36 |
\begin {center}
|
| 37 |
\begin{tabular}{|l|l|}
|
37 |
\begin{tabular}{|l|l|}
|
| 38 |
\hline
|
38 |
\hline
|
| 39 |
\multicolumn{ 2}{|c|}{\Large \bfseries FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE \huge\strut} \\ \hline
|
39 |
\multicolumn{ 2}{|c|}{\Large \bfseries FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE \huge\strut} \\ \hline
|
| 40 |
\textbf{Datum měření:} {12.3.2011} & \textbf{Jméno:} {Jakub Kákona} \\ \hline
|
40 |
\textbf{Datum měření:} {26.3.2011} & \textbf{Jméno:} {Jakub Kákona} \\ \hline
|
| 41 |
\textbf{Pracovní skupina:} {2} & \textbf{Hodina:} {Po 7:30} \\ \hline
|
41 |
\textbf{Pracovní skupina:} {2} & \textbf{Hodina:} {Po 7:30} \\ \hline
|
| 42 |
\textbf{Spolupracovníci: Viktor Polák} {} & \textbf{Hodnocení:} \\ \hline
|
42 |
\textbf{Spolupracovníci: Viktor Polák} {} & \textbf{Hodnocení:} \\ \hline
|
| 43 |
\end{tabular}
|
43 |
\end{tabular}
|
| 44 |
\end {center}
|
44 |
\end {center}
|
| 45 |
\end {table}
|
45 |
\end {table}
|
| Line 98... |
Line 98... |
| 98 |
\item[Tvorba elektron/pozitronový párů] - Foton má dostatečnou energii ($ > 2m_ec^2$), při průletu silným polem zanikne za vniku elektron-pozitronového páru. Přitom předá část svojí hybnosti částici, která pole vytvořila. Obvykle tento proces nastává poblíž atomových jader. Následnou anihilací vzniknou dva fotony o energii 511 keV.
|
98 |
\item[Tvorba elektron/pozitronový párů] - Foton má dostatečnou energii ($ > 2m_ec^2$), při průletu silným polem zanikne za vniku elektron-pozitronového páru. Přitom předá část svojí hybnosti částici, která pole vytvořila. Obvykle tento proces nastává poblíž atomových jader. Následnou anihilací vzniknou dva fotony o energii 511 keV.
|
| 99 |
\end{description}
|
99 |
\end{description}
|
| 100 |
|
100 |
|
| 101 |
\subsubsection{Stínění gama záření}
|
101 |
\subsubsection{Stínění gama záření}
|
| 102 |
|
102 |
|
| 103 |
Při průletu gama fotonů látkou se nemění jejich energie, ale následkem srážek se postupně zmenšuje proud fotonů. Zeslabení monoenergetického svazku v takovém případě probíhá podle exponenciálního zákona
|
103 |
Při průletu gama fotonů látkou se nemění jejich energie, ale následkem srážek se postupně zmenšuje proud fotonů. Zeslabení mono energetického svazku v takovém případě probíhá podle exponenciálního zákona
|
| 104 |
|
104 |
|
| 105 |
\begin{equation}
|
105 |
\begin{equation}
|
| 106 |
I(d) = I_0 e^{\mu d}
|
106 |
I(d) = I_0 e^{\mu d}
|
| 107 |
\end{equation}
|
107 |
\end{equation}
|
| 108 |
|
108 |
|
| 109 |
kde $I(d)$ je intenzita svazku prošlého materiálem o tlouštce $d$, $I_0$ je počáteční intenzita a $\mu $ se nazývá lineární koeficient útlumu. Tohoto exponenciálního útlumu intenzity se využívá při stínění gama záření.
|
109 |
kde $I(d)$ je intenzita svazku prošlého materiálem o tloušťce $d$, $I_0$ je počáteční intenzita a $\mu $ se nazývá lineární koeficient útlumu. Tohoto exponenciálního útlumu intenzity se využívá při stínění gama záření.
|
| 110 |
|
110 |
|
| 111 |
\subsection{Pomůcky}
|
111 |
\subsection{Pomůcky}
|
| 112 |
Scintilační detektor, zdroj vysokého napětí NL2410, jednokanálový analyzátor PHYWE, čítač impulsů NL2301, multikanálový analyzátor PHYWE, osciloskop, počítač, zdroje gama záření, USB link PASCO 2100, program pro datový sběr Data Studio, program MEASURE.
|
112 |
Scintilační detektor, zdroj vysokého napětí NL2410, jednokanálový analyzátor PHYWE, čítač impulsů NL2301, multikanálový analyzátor PHYWE, osciloskop, počítač, zdroje gama záření, USB link PASCO 2100, program pro datový sběr Data Studio, program MEASURE.
|
| 113 |
|
113 |
|
| 114 |
\section{Výsledky a postup měření}
|
114 |
\section{Výsledky a postup měření}
|
| Line 126... |
Line 126... |
| 126 |
\label{amplituda}
|
126 |
\label{amplituda}
|
| 127 |
\includegraphics [width=80mm] {Am241.png}
|
127 |
\includegraphics [width=80mm] {Am241.png}
|
| 128 |
\includegraphics [width=80mm] {Ba133.png}
|
128 |
\includegraphics [width=80mm] {Ba133.png}
|
| 129 |
\includegraphics [width=80mm] {Co60.png}
|
129 |
\includegraphics [width=80mm] {Co60.png}
|
| 130 |
\includegraphics [width=80mm] {Cs137.png}
|
130 |
\includegraphics [width=80mm] {Cs137.png}
|
| - |
|
131 |
\caption{Naměřená spektra jednotlivých zářičů.}
|
| 131 |
\end{center}
|
132 |
\end{center}
|
| 132 |
\end{figure}
|
133 |
\end{figure}
|
| 133 |
|
134 |
|
| 134 |
|
135 |
|
| 135 |
V naměřeném spektru cesia jsme pak identifikovali další jevy, jako špičku zpětného rozptylu na 218 keV, součtový pík na 1341,31 keV a Comptonovu hranu na 447,306 keV.
|
136 |
V naměřeném spektru cesia jsme pak identifikovali další jevy, jako špičku zpětného rozptylu na 218 keV, součtový pík na 1341,31 keV a Comptonovu hranu na 447,306 keV.
|
| Line 180... |
Line 181... |
| 180 |
\begin{figure}
|
181 |
\begin{figure}
|
| 181 |
\label{amplituda}
|
182 |
\label{amplituda}
|
| 182 |
\begin{center}
|
183 |
\begin{center}
|
| 183 |
\includegraphics [width=100mm] {kalibrace.png}
|
184 |
\includegraphics [width=100mm] {kalibrace.png}
|
| 184 |
\end{center}
|
185 |
\end{center}
|
| 185 |
\caption{Kalibrační křivka scintilačního detektoru}
|
186 |
\caption{Energetická kalibrační křivka scintilačního detektoru}
|
| 186 |
\end{figure}
|
187 |
\end{figure}
|
| 187 |
|
188 |
|
| 188 |
Dále jsme pro píky zářičů určili jejich rozptyl. A z této hodnoty a jejich energií určili energetickou rozlišovací schopnost detektoru. Která je uvedena v grafu \ref{rozliseni}. Nafitovaná funkce je $ \sigma = 11,6 / E + 0,039$
|
189 |
Dále jsme pro píky zářičů určili jejich rozptyl. A z této hodnoty a jejich energií určili energetickou rozlišovací schopnost detektoru. Která je uvedena v grafu \ref{rozliseni}. Nafitovaná funkce je $ \sigma = 11,6 / E + 0,039$
|
| 189 |
|
190 |
|
| 190 |
\begin{figure}
|
191 |
\begin{figure}
|
| 191 |
\begin{center}
|
192 |
\begin{center}
|
| 192 |
\includegraphics [width=100mm] {kalibrace_sigma.png}
|
193 |
\includegraphics [width=100mm] {kalibrace_sigma.png}
|
| 193 |
\end{center}
|
194 |
\end{center}
|
| 194 |
\caption{Energetická rozlišovací schopnost}
|
195 |
\caption{Energetická rozlišovací schopnost (na svislé ose uveden rozptyl sigma)}
|
| 195 |
\label{rozliseni}
|
196 |
\label{rozliseni}
|
| 196 |
\end{figure}
|
197 |
\end{figure}
|
| 197 |
|
198 |
|
| 198 |
|
199 |
|
| 199 |
\subsection{Útlum olova}
|
200 |
\subsection{Útlum olova}
|
| Line 215... |
Line 216... |
| 215 |
\includegraphics [width=150mm] {stineni2.png}
|
216 |
\includegraphics [width=150mm] {stineni2.png}
|
| 216 |
\end{center}
|
217 |
\end{center}
|
| 217 |
\caption{Útlum vrstvy olova pro Cs}
|
218 |
\caption{Útlum vrstvy olova pro Cs}
|
| 218 |
\end{figure}
|
219 |
\end{figure}
|
| 219 |
|
220 |
|
| - |
|
221 |
Z grafů pro útlumy je vidět, že při měření byly získány hodnoty pro tři tloušťky olova $d=0$, $d=2$, $d=3,5$ mm. Avšak pro fit jsou využity pouze dva. Je to z důvodu, že třetí bod nemá pro měření význam a je metodickou chybou měření. Důsledkem toho ale je, že fit má dva parametry a je fitován přes dva body, což znemožňuje určit jeho nejistotu.
|
| 220 |
|
222 |
|
| 221 |
\begin{table}[h]
|
223 |
\begin{table}[h]
|
| 222 |
\centering
|
224 |
\centering
|
| 223 |
\begin{tabular}{ccc}
|
225 |
\begin{tabular}{ccc}
|
| 224 |
\hline
|
226 |
\hline
|
| Line 229... |
Line 231... |
| 229 |
\hline
|
231 |
\hline
|
| 230 |
\end{tabular}
|
232 |
\end{tabular}
|
| 231 |
\caption{ Pološířky maxim jednotlivých charakteristických energií a zjištěné koeficienty útlumu $ \mu $ pro tyto energie}
|
233 |
\caption{ Pološířky maxim jednotlivých charakteristických energií a zjištěné koeficienty útlumu $ \mu $ pro tyto energie}
|
| 232 |
\label{tkal}
|
234 |
\label{tkal}
|
| 233 |
\end{table}
|
235 |
\end{table}
|
| - |
|
236 |
|
| - |
|
237 |
\begin{figure}
|
| - |
|
238 |
\begin{center}
|
| - |
|
239 |
\label{amplituda}
|
| - |
|
240 |
\includegraphics [width=80mm] {utlum0.png}
|
| - |
|
241 |
\includegraphics [width=80mm] {utlum2.png}
|
| - |
|
242 |
\includegraphics [width=80mm] {utlum35.png}
|
| - |
|
243 |
\caption{Naměřené hodnoty pro jednotlivé konfigurace stínění olovem. Obrázky ukazují princip vzniku "záporného útlumu olova".}
|
| - |
|
244 |
\end{center}
|
| - |
|
245 |
\end{figure}
|
| 234 |
|
246 |
|
| 235 |
Z grafů pro útlumy je vidět, že při měření byly získány hodnoty pro tři velikosti $d=0$, $d=2$, $d=3,5$ mm. Ašak pro fit jsou využity pouze dva. Je to z důvodu, že
|
- |
|
| 236 |
třetí bod nemá pro měření význam a je hrubou chybou. Důsledkem toho ale je, že fit má dva parametry a je fitován přes dva body, což znemožňuje určit jeho nejistotu.
|
- |
|
| 237 |
|
- |
|
| 238 |
Důvod, proč u poslední nejtlustší vrstvy olova vyšel záporný útlum může být například v konfiguraci scintilačního krystalu před fotonásobičem nebot krystal je pravděpodobně umístěn v detektoru rovnoběžně se stenou detektoru. A my jsme stínění na detektor pokládali také rovnoběžně s touto stěnou, to znamená, že boční stínění bylo minimální. následně vzhledem k tomu, že měření bylo prováděno poměrově vůči "stínému pozadí v radiačnímu místnosti" a dářič byl během této doby pokládán nedaleko v rovině scintilačního krystalu, tak nastala situace, že naměřené radiační pozadí v místnosti je větší, než následné měření stínění ozářeného ze zářičů Co a Cs.
|
247 |
Důvod, proč u poslední nejtlustší vrstvy olova vyšel záporný útlum může být například v konfiguraci scintilačního krystalu před fotonásobičem neboť krystal je pravděpodobně umístěn v detektoru rovnoběžně se stěnou detektoru. A my jsme stínění na detektor pokládali také rovnoběžně s touto stěnou, to znamená, že boční stínění bylo minimální. následně vzhledem k tomu, že měření bylo prováděno poměrově vůči "stíněnému pozadí v radiačnímu místnosti" a zářič byl během této doby pokládán nedaleko v rovině scintilačního krystalu, tak nastala situace, že naměřené radiační pozadí v místnosti je větší, než následné měření stínění ozářeného ze zářičů Co a Cs.
|
| 239 |
|
248 |
|
| 240 |
\begin{figure}
|
249 |
\begin{figure}
|
| 241 |
\label{stineni2}
|
250 |
\label{stineni2}
|
| 242 |
\begin{center}
|
251 |
\begin{center}
|
| 243 |
\includegraphics [width=150mm] {utlum.png}
|
252 |
\includegraphics [width=150mm] {utlum.png}
|
| Line 249... |
Line 258... |
| 249 |
\begin{enumerate}
|
258 |
\begin{enumerate}
|
| 250 |
\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.
|
259 |
\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.
|
| 251 |
|
260 |
|
| 252 |
\item Tento bod byl vynechán.
|
261 |
\item Tento bod byl vynechán.
|
| 253 |
|
262 |
|
| 254 |
\item Mnohokanálovým analyzátorem jsme naměřili podobným postupem i spektra zářičů $^{241}\rm Am$, $^{60}\rm Co, ^{137}\rm Cs$ a $^{133}\rm Ba$
|
263 |
\item Mnohokanálovým analyzátorem jsme naměřili spektra zářičů $^{241}\rm Am$, $^{60}\rm Co, ^{137}\rm Cs$ a $^{133}\rm Ba$
|
| 255 |
|
264 |
|
| 256 |
\item Díky znalosti charakteristických energií jsme získali kalibrační křivku detektoru a také jeho rozlišovací schopnost v závislosti na energii záření. Obě tyto charakteristiky byly vyneseny v grafech.
|
265 |
\item Díky znalosti charakteristických energií jsme získali kalibrační křivku detektoru a také jeho rozlišovací schopnost v závislosti na energii záření. Obě tyto charakteristiky byly vyneseny v grafech.
|
| 257 |
|
266 |
|
| 258 |
\item V naměřeném spektru cesia jsme pak identifikovali další jevy, jako špičku zpětného rozptylu na 218 keV, součtový pík na 1341,31 keV a Comptonovu hranu na 447,306 keV. Sekundární rentgenové záření je pravděpodobně utopeno v šumu.
|
267 |
\item V naměřeném spektru cesia jsme pak identifikovali další jevy, jako špičku zpětného rozptylu na 218 keV, součtový pík na 1341,31 keV a Comptonovu hranu na 447,306 keV. Sekundární rentgenové záření je pravděpodobně utopeno v šumu.
|
| 259 |
|
268 |
|
| 260 |
\item Neznámý zářič jsme díky charakteristické energii 1275,2 keV identifikovali jako $^{22}\rm Na$.
|
269 |
\item Neznámý zářič jsme díky charakteristické energii 1275,2 keV identifikovali jako $^{22}\rm Na$.
|
| 261 |
|
270 |
|
| 262 |
\item Spektrálním analyzátorem jsem také naměřili přírodní pozadí v místnosti. Ale nepodařilo se v naměřeném pozadí identifikovat konkrétní zářiče, protože naměřená data neobsahují, žádný identifikovatelný pík, kromě špiček od našich zářičů špatně odstíněných během měření.
|
271 |
\item Spektrálním analyzátorem jsem také naměřili přírodní pozadí v místnosti. Ale nepodařilo se v naměřeném pozadí identifikovat konkrétní zářiče, protože naměřená data neobsahují, žádný identifikovatelný pík, kromě špiček od našich zářičů špatně odstíněných během měření.
|
| 263 |
|
272 |
|
| - |
|
273 |
\item Z naměřených dat při atenuaci záření olovem jsme určili koeficienty útlumu pro jednotlivé energie námi použitých zářičů $^{60}\rm Co, ^{137}\rm Cs$.
|
| 264 |
|
274 |
|
| 265 |
\end{enumerate}
|
275 |
\end{enumerate}
|
| 266 |
|
276 |
|
| 267 |
\section{Závěr}
|
277 |
\section{Závěr}
|
| 268 |
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 jako $^{22}\rm Na$. Zajímavým výsledkem, je "záporný útlum olova" způsobený pravděpodobně geometrií aparatury a citlivostí detektoru na záření přicházející z boku.
|
278 |
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 jako $^{22}\rm Na$. Zajímavým výsledkem, je "záporný útlum olova" způsobený pravděpodobně geometrií aparatury a citlivostí detektoru na záření přicházející z boku.
|