Лабы / ЛР4 / Лаб4_теория

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПРОДУКТОВ РАСПАДА 232Th ПО

ДАННЫМ ГАММА-СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

1. Методические основы

Так называемое семейство тория – ряд изотопов, образующихся в результате последовательных радиоактивных превращений, начиная с тория 232Th и заканчивая стабильным изотопом свинца 208Pb:

Свойства изотопов семейства тория приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1. Период полураспада и энергии основных гамма-квантов нуклидов ряда тория

Таким образом, изотопы в радиоактивной цепочке являются источником одного или целого набора гамма-квантов характерной энергии. Исследуя спектр излучения вещества, можно выяснить, какие нуклиды в нем содержатся.

Целью данной лабораторной работы является ознакомление с современной гамма-спектроскопической техникой, а также с основами идентификации нуклидов по спектру их излучения. В качестве исходных данных уже заложено условие принадлежности излучающих изотопов

семейству тория, в то время как в более реалистической ситуации даже приблизительный состав излучающих изотопов, как правило, неизвестен.

2. Порядок проведения лабораторной работы

Лабораторная установка представляет собой комплекс МКГБ–01 «РАДЭК» (сцинтилляционный спектрометр-радиометр гамма- и бета излучений). В данной лабораторной работе используется гамма-тракт, представляющий собой экранированный свинцовой защитой сцинтилляционный детектор, подключенный к АЦП, соединенному с компьютером.

В целом, процесс идентификации изотопов состоит из трех стадий: калибровки спектрометра, снятия рабочего спектра и обработки полученных данных.

Рис. 4.1. Спектр 22Na.

1) Калибровка спектрометра.

АЦП спектрометрического комплекса передает на компьютер число набранных отсчетов, соответствующих данному каналу (всего каналов 1024). Для того, чтобы сопоставить номеру канала определенную энергию гаммаизлучения, необходимо произвести калибровку прибора: снять спектр

известного изотопа, и по его линиям – по известным энергиям – построить зависимость энергии от номера канала E(N). Сцинтилляционные детекторы имеют зависимость E(N), отклоняющуюся от линейной на величину около 1% во всем рабочем диапазоне, т.е. в обычном случае можно ограничиться зависимостью E=A N + B, и для поиска неизвестных коэффициентов A и B необходимы две линии (два пика на спектре) с уже известными энергиями.

В данной лабораторной работе используется калибровка спектрометра по изотопу 22Na (см. рис. 4.1). Источник 22Na излучает гамма-кванты двух энергий: в его спектре присутствует аннигиляционная линия 511.0 кэВ и собственная линия 1274.5 кэВ.

Для калибровки спектрометра следует произвести следующие действия:

1.1.Запустить программу «ASW».

1.2.Перейти к вкладке «Канал 1» (соответствует гамма-тракту)., открыть вкладку «Устройство».

1.3.Установить значение в поле УН (управляющее напряжение), равное

40000.

1.4. Задать время накопления спектра, равное 300 с.

1.5.Установить в гамма-тракт спектрометра МКГБ-01 источник 22Na.

1.6.Произвести съемку спектра.

1.7.Определить положение пика полного поглощения аннигиляционной линии 22Na. Если номер канала, соответствующего максимуму пика, менее 160, повысить управляющее напряжение, если номер канала более 180 – понизить, после чего повторить п. 1.6.

Наиболее предпочтительно, чтобы максимум пика полного поглощения аннигиляционной линии располагался в 170-м канале. В этом случае ширина канала анализатора составляет 3 кэВ, рабочий диапазон – 3000 кэВ, что соответствует характеристикам используемого сцинтилляционного детектора.

1.8.Установить время накопления спектра 900 с.

1.9.Произвести съемку спектра.

1.10.Определить положение пиков полного поглощения 22Na. Номера каналов и энергии гамма-квантов ввести в соответствующие поля на вкладке «Параметры».

После выполнения указанных процедур калибровка завершена.

2) Снятие рабочего спектра.

2.1.Убрать источник 22Na из гамма-тракта.

2.2.Установить время накопления 1800 с.

2.3.Установить в гамма-тракт источник 232Th.

2.4.Произвести съемку рабочего спектра.

2.5.Полученный спектр следует сохранить и импортировать в программу Word.

3) Обработка спектра.

Получившиеся на спектре пики необходимо идентифицировать. Для этого следует использовать увеличение масштаба и процедуру «Гауссиан» в программе «ASW».

При обработке следует учитывать следующие нюансы.

а) Линии имеют конечное и весьма заметное аппаратное уширение, поэтому близколежащие пики спектра накладываются друг на друга.

б) Градуировка была проведена по источнику 22Na, т.е. по двум относительно недалеко лежащим линиям; погрешность определения энергии, соответствующей данному каналу, растет с его номером и потому для больших энергий (для каналов с большим номером) может быть значительной. Поэтому на практике обычно стремятся калибровать прибор с помощью линий, «раздвинутых» на как можно большее расстояние; например, использовать линии 137Cs (661.7 кэВ) и 232Th (2615 кэВ).

в) Следует помнить о наличии в спектрах, снятых сцинтилляционными детекторами, пиков обратного рассеяния, обусловленных рассеянием гаммаквантов на элементах самого детектора (как правило, ФЭУ). Энергия, соответствующая пику обратного рассеяния, определяется по формуле

соответствующего пику полного поглощения) к энергии покоя электрона, m – масса электрона. Подобные пики следует исключать из рассмотрения!

При правильно выполненной работе полученные пики должны соответствовать линиям изотопов, приведенных в таблице 4.1.

Энергии измеренных пиков следует записать в таблицу в том же Word’овском файле, в котором сохранен полученный спектр.