В данной работе влияние удельных ионизационных потерь энергии частиц на конверсионную эффективность неорганического сцинтиллятора CsI(Tl) и органического сцинтиллятора (антрацен) исследуется посредством измерения a/b-отношения, т.е. отношения конверсионных эффективностей при облучении сцинтиллятора альфа-частицами и электронами одинаковой энергии. Если в сцинтилляторе регистрируются альфа-частицы и электроны разных энергий, то a/b-отношение вычисляется по формуле:
a/b= 
, (12)
где А a и А b - амплитуды сигналов на выходе сцинтилляционного детектора при облучении альфа-частицами и электронами соответственно.
Образцы, на которых проводятся измерения, представляют собой стандартные сцинтилляторы, помещенные в защитные контейнеры. В случае CsI(Tl) альфа-частицы попадают непосредственно на кристалл через отверстия в верхней части контейнера. Кристалл антрацена защищен от воздействия атмосферной влаги алюминиевой фольгой. Для альфа-частиц с энергией 5,15 МэВ потери энергии в фольге составляют » »3 МэВ.
1. Определить a/b-отношение для кристалла CsI(Tl). Для этого установить на фотокатод ФЭУ сцинтиллятор CsI(Tl), верхняя часть контейнера которого снабжена специальными отверстиями. Поместить на кристалл CsI(Tl) источник альфа-частиц 239Pu (Ea=5,15 МэВ). Закрыть крышку светозащитного кожуха. Снять распределение импульсов по амплитудам Предварительно добиться, чтобы максимум амплитудного распределения располагался в 650 – 700 каналах. Ошибка в максимуме амплитудного распределения должна быть не более (5¸6%). Определить номер канала в котором находится максимум распределения. Сохранить данные в виде файла.
При выключенном питании ФЭУ убрать альфа-источник, поместить в держатель источник 137Cs и провести аналогичные измерения при тех же значениях напряжения на электродах ФЭУ. Время измерения выбрать таким образом, чтобы ошибка в максимуме распределения также не превышала (5¸6%). Определить положение максимума пика полного поглощения. Сохранить данные в виде файла.
2. Определить a/b-отношение для кристалла антрацена. Для этого установить на фотокатод ФЭУ органический сцинтиллятор – антрацен. Поместить в держатель источник гамма-квантов 137Cs. Снять распределение импульсов по амплитудам. подобрав предварительно напряжение на ФЭУ так, чтобы край амплитудного распределения располагался в 550 – 600 каналах. При обработке амплитудного распределения определить номер канала, который соответствует точке перегиба края комптоновского спектра. Сохранить данные в виде файла. Убрать гамма-источник, поместить на кристалл антрацена альфа-источник 239Pu. Не меняя напряжения на ФЭУ, снять распределение импульсов по амплитудам. Определить номер канала, в котором находится максимум распределения. Сохранить данные в виде файла.
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
1. По результатам измерений задания 1 построить измеренные аппаратурные формы линии для сцинтилляторов NaI(Tl) толщиной 30 мм, 10 мм и антрацена.
2. Определить отношение эффективностей регистрации гамма-квантов различными сцинтилляторами, выбрав в качестве нормировочного сцинтиллятора кристалл NaI(Tl) диаметром 30 мм и высотой 30 мм. Привести ошибки полученных величин.
3. Для кристалла NaI(Tl) толщиной 30 мм определить отношение эффективностей поглощения гамма-квантов в процессах фотоэффекта и комптон-эффекта. Сравнить это отношение с аналогичной величиной для кристалла NaI(Tl) толщиной 10 мм. Объяснить полученный результат. Привести ошибки результатов вычислений.
4. По результатам измерений задания 1 определить отношение технических конверсионных эффективностей исследованных сцинтилляторов. При этом следует учесть, что в случае органического сцинтиллятора фотопик отсутствует, а максимальную энергию комптоновских электронов, которой соответствует край комптоновского спектра, можно определить, используя формулу (10).
5. По результатам измерений задания 2 построить по методу наименьших квадратов зависимость амплитуд импульсов, соответствующих максимумам пиков полного поглощения от энергии гамма-квантов. Сделать вывод о пропорциональности сцинтилляционного детектора в исследованном диапазоне энергий гамма-квантов. По наклону прямой определить энергетическую ширину канала амплитудного анализатора a (кэВ/канал).
6. Определить абсолютное и относительное энергетическое разрешение детектора для различных энергий гамма-квантов. Абсолютное энергетическое разрешение 
, где Δ Ni – ширина пика полного поглощения на половине высоты, выраженная в каналах. Относительное энергетическое разрешение определяется по формуле:
δ i = 
.
Вычислить ошибки полученных величин.
7. Построить зависимость относительного энергетического разрешения от энергии гамма-квантов в координатах [δ2, E γ-1]. Отложить на графике погрешности величин δ2. По графику оценить значения параметров B 2 и С 1 в выражении (11). Сравнить экспериментальную зависимость с ожидаемой для лучших сцинтилляционных детекторов.
8. Оценить a/b-отношение по формуле (12) для сцинтилляторов CsI(Tl) и антрацена. Энергию комптоновских электронов определить с помощью формулы (10). В случае кристалла антрацена учесть потери энергии альфа-частиц в алюминиевой фольге.
Контрольные вопросы и задания
1. Перечислите основные характеристики сцинтилляторов.
2. Какие сцинтилляторы используются для регистрации гамма-квантов и почему?
3. Нарисовать схему включения ФЭУ.
4. Сравнить эффективность регистрации различных видов излучений сцинтилляционным детектором.
Список литературы
1. Абрамов А.И., Казанский Ю.А., Матусевич Е.С. Основы экспериментальных методов ядерной физики. М.: Энергоатомиздат, 1985.
2. Ляпидевский В.К. Сцинтилляционный метод детектирования излучений. М.: МИФИ, 1981.
3. Ляпидевский В.К. Методы детектирования излучений. М.: Энергоатомиздат, 1987.