Выполнение лабораторной работы

Методика определения энергии g -квантов методом поглощения

Наиболее простым и общедоступным способом определения энергии g -излучения является метод поглощения. Он не требует специальной сложной аппаратуры и во многих практических случаях является незаменимым.

Сущность метода заключается в том, что для исследуемого g-излучения измеряется коэффициент ослабления пучка в каком – либо веществе. Зависимость коэффициента ослабления g-излучения от энергии для разных веществ хорошо известна. Это даёт возможность по экспериментально найденному коэффициенту ослабления определить энергию g -квантов.

Таблица. 1.1

Линейные коэффициенты ослабления для различных материалов

в зависимости от энергии фотонного излучения, m, см^-1

Из изображённых на рис. 1.1 кривых видно, что зависимость коэффициентов от энергии фотонов не является монотонной. Действительно, при некоторых значениях Е_g, различных для разных веществ, кривые имеют минимум. В связи с этим, если известен коэффициент ослабления моноэнергетического g -излучения в каком-либо веществе, то по нему нельзя однозначно определить энергию g-квантов (прямая параллельная оси абсцисс на рис. 1.1 пересекает кривую m(Е_g) в двух точках). Для однозначного определения необходимо знать значение m, по крайней мере, для двух различных веществ.

Идея метода измерения коэффициента ослабления пучка g -излучения состоит в измерении ослабления интенсивности мононаправленного пучка

g- квантов в зависимости от толщины слоя вещества. Согласно формуле (1.3) интенсивность пучка фотонов будет при этом уменьшаться экспоненциально. Если построить график (рис. 1.2), на котором по оси абсцисс отложить толщину слоя вещества, ослабляющего излучение, а по оси ординат - натуральный логарифм интенсивности, соответствующей этой толщине, то тангенс угла наклона полученной зависимости будет равен искомому коэффициенту ослабления (линейному, если толщина выражена в см; массовому, если толщина выражена в г/см²).

Прямая линия получается в том случае, если исследуемое g-излучение является моноэнергетичным. В противном случае графическая зависимость получится в виде ломаной линии.

Рис. 1.1. Зависимость линейного коэффициента ослабления g-излучения в свинце, алюминии и меди от энергии:

I – соответствует комптон - эффекту,

II - фотоэффекту,

III – образованию пары электрон и позитрон

Рис.1.2. Изменение интенсивности пучка g - излучения

в зависимости от толщины поглотителя

Выполнение лабораторной работы

Для определения энергии гамма - излучения используется радиометр, состоящий из сцинтилляционного детектора с кристаллом NaJ(Tl), высоковольтного источника со стабилизированным напряжением и пересчётного прибора.

Для измерения коэффициента ослабления необходимо прежде всего сформировать пучок исследуемого g -излучения, близкий к параллельному. Для этой цели источник g-излучения коллимируется, для чего помещается в свинцовый блок с достаточно узким и длинным отверстием (каналом), как это показано на рис.1.3. Излучение, прошедшее через поглотитель, дополнительно коллимируется свинцовым блоком.

Отметим, что ослабление пучка g - излучения происходит в том числе вследствие комптоновского рассеяния. Это значит, что рассеянное излучение, возникшее в результате комптоновского взаимодействия, может с конечной вероятностью попасть в детектор, даже при наличии параллельного пучка g -квантов. Этот процесс может служить источником ошибок при определении энергии, поскольку в этом случае экспоненциальный закон ослабления не будет выполняться. Так, при толщине слоя поглотителя, значительно превышающей 1/m, заметную роль будет играть более мягкое рассеянное g-излучение, которое благодаря многократному рассеянию в поглотителе будет попадать в детектор. По этой причине толщина слоя поглотителя не должна значительно превышать 1/m.

5

6

4

3

1

2

Рис.1.3. Схема установки для снятия кривой поглощения g-излучения:

1 – источник излучения, 2 – свинцовый блок, 3 – канал, 4 – поглотитель, 5 – детектор излучения, 6 – свинцовая защита