Идентификация спектра, регистрируемого системой измерения энергии пучков ВЭПП-2000. Период полураспада изотопа индия

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Физический факультет

Кафедра общей физики

КУРСОВАЯ РАБОТА

Идентификация спектра, регистрируемого системой измерения энергии пучков ВЭПП-2000

Выполнил: студент гр. 9301

 Руководитель:

к.ф.-м.н.

«___» ________ 2012 г.

Защитил:

оценка ________,

дата _________,

подпись членов комиссии

__________________________

Новосибирск 2012

Цель работы:

1.  Провести идентификацию спектра, регистрируемого системой измерения энергии пучков ВЭПП-2000.

2.  Измерить период полураспада изотопа индия In ¹¹⁶.

1.Введение

В экспериментах на  коллайдера ВЭПП-2000 проводится изучение e+e− аннигиляции в адроны при низких энергиях. В связи с этим необходима высокая точность в измерении энергии пучков. Например, для измерения сечения e+e− → π+π− с точностью лучше 1% необходимо определять энергию пучка с относительной погрешностью ∼ 10^-4. Одним из методов измерения энергии ВЭПП-2000 является измерение энергии методом обратного комптоновского рассеяния лазерного света на пучке коллайдера. Идентификация спектра, регистрируемого данной системой измерения энергии, является неотъемлемым шагом калибровки этой системы.  Она проводится  с использованием таких доступных радиоактивных источников γ-излучения, как торий Th²²⁸, кобальт  Со⁶⁰ , цезий  Сs¹³⁷ , барий Ba¹³³.  В результате работы накопительного комплекса также активируются изотопы In, Mn, Fe и др., которые могут быть использованы для контроля системой измерения энергии. В частности, определение периода полураспада изотопов индия  In¹¹⁶  и сравнение с табличным значением представляет  собой проверку стабильности данной системы.

2.Теоретическая часть

Индий имеет два устойчивых изотопа In¹¹³(4,5 %) и In¹¹⁵(95,5%). При облучении индия нейтронами наблюдается пять радиоактивных периода: 13 сек., 72 сек.,  54 мин., 4,1 часа, 45 дней  [ J. Lawsona, J. Cork, Phys. Rev., 1937 ].   Четыре из них получены в результате захвата нейтронов и принадлежат, следовательно, двум радиоактивным изотопам:  In¹¹⁴ и In¹¹⁶. Период 72 сек. появляется только при быстрых нейтронах, и поэтому он приписывается изотопам In¹¹² (реакция с вылетом двух нейтроном).  

In¹¹²                         In ¹¹⁴                In¹¹⁶                                                                                                                                      72 сек.            4,1 часа              13 сек.                                                                                        45 дней               54 мин.

Таким образом, индий имеет две пары радиоактивных изомеров: In¹¹⁴ и In¹¹⁶.  В данной работе изучается изомерное состояние изотопа In¹¹⁶ c периодом полураспада 54 мин. Индий используется как уплотнитель на стыках ускорительных систем. В результате захвата нейтронов, летящих из конвертора накопительной системы ВЭППа-2000, происходит переход атома индия:

In¹¹⁵₄₉ + n¹₀ → In¹¹⁶₄₉

Регистрируемые фотоны образованы дочерним ядром после β-распада In¹¹⁶ . Энергетический спектр регистрируемых фотонов имеет характерные значения: 416,86; 818,718; 1097,326; 1293,558; 1507,67; 2112,312 КэВ.

3.Описание установки

Работа выполняется на детекторе высокого разрешения из чистого германия (далее HPGe - детектор),  который входит в состав системы измерения энергии пучков ВЭПП-2000.  Эта система основана на методе обратного комптоновского рассеяния лазерных фотонов на е^± пучках коллайдера. В результате рассеяния образуется пучок энергичных фотонов. Измерение положения края  энергетического спектра рассеянных фотонов с помощью  HPGe - детектора позволяет определить энергию пучка с относительной точностью не хуже 10^-4 во всем энергетическом диапазоне коллайдера.  

Ниже представлена принципиальная схема, поясняющая пространственное расположение HPGe - детектора.

Рис.1. Общая схема коллайдера ВЭПП-2000 вместе с HPGe – детектором

3.1.Детектор из высокочистого германия.

Детектор из высокочистого германия – HPGe представляет собой одиночный коаксиальный кристалл германия, который работает в качестве диода при подаче высокого обратного напряжения. Детектор работает при криогенных температурах (~85К), чтобы уменьшить ток утечки до приемлемых значений и обеспечить высокое энергетическое разрешение. При поглощении фотона пары электрон-дырка разводятся к противоположным контактам электрическим полем. Средняя энергия, необходимая для образования пары мала и составляет около 3 эВ. Вследствие этого детектор обладает высоким энергетическим разрешением. Получающийся токовый импульс интегрируется усилителем, который создает выходной импульс напряжения с амплитудой, пропорциональной энергии поглощенного кванта. Выходной импульс передается на спектрометрическую станцию, где происходит его формировка и оцифровка.