Закон ослабления нерассеянного фотонного излучения. Коэффициенты ослабления
 Скачать 2.23 Mb.
|
|
Рис. 20. Зависимость линейных (см-1) коэффициентов ослабления в Al и Pb от энергии гамма-излучения Контрольные вопросы Оценить вклад в полученные коэффициенты ослабления фотоэффекта, комптон-эффекта и эффекта рождения пар. Объяснить соотношения между найденными коэффициентами ослабления  для разных веществ.Как и за счёт чего изменяются эти соотношения для меньших и больших энергий -излучения? Для расчёта каких характеристик поля излучения используются коэффициенты ослабления и коэффициенты поглощения? Задание №7 Измерить зависимость фактора накопления от толщины поглотителя (Cu, Fe или Al) в барьерной геометрии. Рассчитать эту зависимость в такой же геометрии с помощью программы КЛ. С использованием программы КЛ проанализировать зависимость фактора накопления от  материала поглотителя и энергии излучения. Для экспериментального определения числового фактора накопления (для плотности потока фотонов) необходимо проводить измерения потока фотонов в двух геометриях: в геометрии узкого пучка – для регистрации не рассеянного излучения (рис.2); в геометрии широкого пучка – для регистрации всего излучения – и рассеянного и не рассеянного (рис. 15). Обозначим число фотонов, падающих на поглотитель в единицу времени, через  , а число фотонов за поглотителем толщиной  –  . Законы ослабления узкого и широкого пучков излучения:  (38) , (39)где индексы «у» и «ш» указывают соответственно на узкую и широкую геометрию. Из этих соотношений следует:  . (40)Проведение измерений в узкой геометрии требует хорошей коллимации поля излучения, что приводит к необходимости использования источников большой активности. Дополнительные сложности возникают в связи с рассеянием фотонов в стенках коллиматоров. Для избежания проблем, связанных с созданием узкой геометрии, можно использовать спектрометрический детектор, позволяющий одновременно регистрировать все фотоны, прошедшие через поглотитель, и независимо только те, которые прошли без взаимодействия и имеют энергию, равную начальной. В данной работе используется эта методика измерений. Схема установки показана на рис.21. Чтобы избежать необходимости учёта зависимости эффективной толщины поглотителя от угла влёта в него фотона, поле излучения коллимируется и в виде узкого пучка направляется на поглотитель.  Рис. 21 Схема установки: 1 – источник излучения, 2 – коллиматор, 3 – поглотитель, 4 – сцинтиллятор, 5 – ФЭУ, 6 – АЦП, 7 – компьютер Излучение регистрируется сцинтилляционным спектрометрическим детектором со сцинтиллятором NaI(Tl) толщиной 155 мм и диаметром 185 мм. Усиленные сигналы с детектора поступают на аналого-цифровой преобразователь, где переписываются в цифровой код. Далее уже в цифровом коде обрабатываются в компьютере и результат выдаётся в виде спектра амплитуд импульсов, созданных в детекторе фотонами. Импульсы в области пика полного поглощения обусловлены не рассеянными фотонами, т.е. не испытавшими столкновений в поглотителе. Полное число отсчётов под всем спектром несёт информацию об общем числе фотонов (рассеянных и не рассеянных), попавших в сцинтиллятор. Программное обеспечение используемого в работе комплекса «Анализатор амплитудного спектра» позволяет одновременно регистрировать как полное число отсчётов детектора (широкая геометрия), так и число отсчётов, связанных с попаданием не рассеянных фотонов (узкая геометрия). Описание комплекса и порядок работы с ним приведены в Приложении. При используемой методике измерений кривые пропускания (38) и (39) в широкой и узкой геометрии нормированы на одинаковый поток фотонов на поглотитель:  . Вместо (40) получаем: . (41)Обозначим через  и  числа зарегистрированных импульсов в единицу времени (скорости счёта) соответственно во всём спектре и в области пика полного поглощения. Число зарегистрированных событий связано с числом попавших в детектор фотонов соотношениями: , (42)где  – эффективность регистрации детектора,  – фотовклад или фотоэффективность. Подстановка (42) в (41) даёт фактор накопления в функции измеряемых в опыте скоростей счёта  : Но при отсутствии поглотителя  , а  . Поэтому окончательно: . (43)Некоторую погрешность в измерение  вносит:наличие порога регистрации детектора и порога срабатывания АЦП; уменьшение эффективности регистрации с ростом толщины поглотителя, т.к. при этом в спектре излучения растёт число фотонов с низкой энергией. Оба этих фактора занижают значение и, следовательно, .Порядок выполнения работы Выставить геометрию измерений, показанную на рис.21. При этом нужно стремиться к тому, чтобы размеры поглотителя и детектора значительно превышали поперечные размеры пучка на входе в поглотитель. Поглотитель необходимо устанавливать по возможности ближе к детектору. Руководствуясь Приложением, изучить порядок работы с «Анализатором амплитудного спектра». Включить установку в сеть. Включить питание крейта КАМАК на нижней правой панели крейта. Загорится зелёная лампа. Включить компьютер и монитор. Проследить, что загорелась красная лампочка на контроллере КАМАКа «крейт выбран». Загрузить программу обработки спектра (на диске С в директории ANALIZ загрузить файл main.exe). Установить радиоактивный препарат в коллиматор (используется 27Со60, спектр излучения которого содержит две линии 1,33 МэВ и 1,17 МэВ. Средняя энергия 1,25 МэВ). Запустить режим накопления спектра. Включить блок питания ФЭУ и постепенно увеличивать напряжение до тех пор, пока спектр не будет уложен в нужное число каналов (примерно 300). Установить режим время – стоп и задать время измерения. Осуществить набор статистики для первого измерения без поглотителя. Для этого: – выделить маркерами пики полного поглощения; – включить набор и измерить число отсчётов в пиках (между маркерами) за установленное время; записать результат (отображается в строке событий) и номера каналов, в которых установлены маркеры; – переместить левый маркер в нулевой канал и записать число отсчётов под всем спектром. Удалить спектр. Установить одну пластину и повторить пункт 11. Правый маркер в процессе измерений постоянно находится в одном положении. Левый маркер перемещается и поэтому необходимо следить за тем, чтобы он всегда устанавливался в одно и то же положение. Продолжить измерения до заданной толщины поглотителя. Убрать источник в сейф и последовательно убирая пластины поглотителя измерить число импульсов фона в узкой и широкой геометрии. Вычислить скорости счёта и заполнить таблицу:
Руководствуясь Приложением изучить порядок работы с программой «Компьютерная лаборатория». Запустить программу и выполнить расчёт фактора накопления в зависимости от толщины поглотителя, использованного в эксперименте. Исходные данные для расчёта должны быть максимально близки к условиям эксперимента. Исходные данные записать в отчёт. Вычисленную и полученную экспериментально зависимости построить на одном графике.По программе КЛ рассчитать зависимости для материалов с большим и малым при малой (100200 кэВ), средней (1 МэВ) и большой (10 МэВ) энергии фотонов. Сделать выводы по результатам расчётов.Контрольные вопросы Чем отличается энергетический ФН от числового и дозового? Как ФН зависит от атомного номера поглотителя и энергии фотонов? Как меняется значение ФН с ростом толщины поглотителя? Как влияет нижний уровень дискриминации по амплитудам регистрируемых импульсов на величину ФН? Список литературы Беспалов В.И. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом: Учебн. пособие. 2-е изд. перераб. и доп. – Томск: Дельтаплан, 2006. Беспалов В.И. Лекции по радиационной защите. Часть 2: Защита от гамма-излучения радионуклидов. Учебное пособие. – Томск: Дельтаплан, 2002. Н.Г.Гусев, В.А.Климанов, В.П.Машкович, А.П.Суворов. Защита от ионизирующих излучений, Т.1. Физические основы защиты от излучений: Учебник для вузов – 3-е изд. – М.: Энергоатомиздат, 1990. Абрамов А.И., Казанский Ю.А., Матусевич Е.С. Основы экспериментальных методов ядерной физики. – М.: Энергоатомиздат, 1985. Машкович В.П., Кудрявцева А.В. Защита от ионизирующих излучений. Справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1995. О.Ф. Немец, Ю.В. Гофман. Справочник по ядерной физике. – Киев: Наукова думка, 1975. А.И. Антонова и др. Практикум по ядерной физике // Изд. 2-е. – М.: Изд-во Московского университета, 1972. Кашковский В.В. Специальный физический практикум. Курс лекций. Части 1,2: Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2002. |
