Типичный коаксиальный HPGe детектор диаметром 50 мм и высотой 50 мм имеет полную эффективность поглощения 5-10 % для фотонов с энергией меньше 6 МэВ. Относительное энергетическое разрешение такого детектора составляет около 10-3 . С помощью радиоактивных источников γ-квантов детектор может быть откалиброван так, что будет измерять абсолютную энергию комптоновских фотонов с относительной точностью около 10-5 .
3.2. Система сбора данных.
На рис.2. представлено схематическое представление системы сбора данных.
Рис.2. Система сбора данных.
Сигнал с германиевого детектора преобразуется ЗЧУ, с которого поступает в спектрометрическую станцию. В станции сигнал оцифровывается и заносится в гистограмму. Гистограмма считывается ЭВМ с определенным периодом (раз в несколько секунд). Считанные данные анализируются, в частности вычисляется загрузка детектора. Спектры и параметры набора, например абсолютное время, сохраняются на диск и могут быть впоследствии обработаны.
4. Экспериментальные результаты и их обсуждение.
Ниже приведены спектры, полученные вышерассмотренной системой измерения энергии. По оси абсцисс откладывается энергия зарегистрированного фотона, а по оси ординат число соответствующих фотонов. Спектры набирались в течение часа при выключенном ВЭПП-2000. На рисунке отмечены идентифицированные линии 116In, 40K.
Рис.3. Измеренный детектором HPGe спектр №1 при выключенном ВЭПП-2000
Рис.4. Измеренный детектором HPGe спектр №2 при выключенном ВЭПП-2000 набранный две недели спустя
Спектр №2 на рис.4 получен на 2 недели позже спектра №1. Отсутствие изменений в положении пиков свидетельствует о стабильности работы системы. Чтобы количественно проследить за отсутствием смещений в положениях линий спектра, строится в большем масштабе отдельная линия и далее проводится подгонка с оценкой погрешности положения пика. На рис.5 изображен профиль линии 116In 1293 КэВ, соответствующий спектру №1 и спектру №2. Максимум первого спектра лежит на энергии 1292 ± 0.027 КэВ, второго – 1292 ± 0.032 КэВ. Равенство значений в пределах статистической ошибки показывает хорошее согласие измерений,
Рис.5. Профиль линии 116In 1293 КэВ для спектра №1 и №2 (слева и справа соответственно)
сдвинутых по времени. Табличное значение этой линии 1293.558 КэВ. Следовательно, систематическая ошибка составляет ∆Е116 = 1.6 КэВ, что вызвано, скорее всего, неточностью методики проведенного измерения. Также произведена оценка стандартного отклонения данной линии по выборке из 10 измерений. Она составляет 0.036 КэВ.
Идентификация линий 116In проводится измерением периода полураспада испустившего фотон изотопа. Для этой цели берется ряд измерений детектора HPGe, следующих друг за другом во времени. Причем отдельный спектр набирается в течение часа. Далее для определения числа зарегистрированных фотонов строится профиль для каждой идентифицируемой линии в каждом измерении. Профиль фитируется суммой гаусса и плоской подложки, соответствующей уровню фона на данной энергии. Это продемонстрировано ниже для линии In 1293.558 КэВ для четырех последовательных во времени измерений.
Рис.6. Профиль линий 116In 1293.558 КэВ для четырех последовательных во времени измерений. Параметр фита p0 соответствует числу зарегистрированных фотонов, p1 – уровню подложки.
На следующем этапе, используя полученную зависимость числа фотонов от времени, производится аппроксимация этой зависимости следующей функцией:
,
t ≥ 1
Здесь учитывается, что отдельное измерение набирается в течение часа. Параметр T1/2 соответствует периоду полураспада изучаемого изотопа. На рис. 7 представлены кривые фотонов от времени для трех линий 116In.
Рис.7. Кривые фотонов от времени для трех линий 116In. Параметр р0 соответствует периоду полураспада (часы)
Табличное значение T1/2 составляет 0.9 часа[4]. Полученные значения полупериода получились заниженными относительно табличного, что свидетельствует о систематической ошибки ~ 0.1 часа. Однако присутствует их взаимное статистическое согласие, что подтверждает стабильность работы системы.
7. Список литературы:
1. М.Н. Ачасов, Д.Е. Беркаев, Н.Ю. Мучной, Е.Э. Пята. Проект системы калибровки энергии ВЭПП-2000 на основе метода обратного комптоновского рассеяния. Новосибирск 2009.
2. К. Групен. Детекторы элементарных частиц. Новосибирск 1999.
3. Ю.К.Акимов. Полупроводниковые детекторы ядерных излучений. Дубна 2009.
4. Н. Дмитриев. Ядерная изомерия. Ленинград 1938.
5. К.Н. Мухин. Экспериментальная ядерная физика. Энергоатомиздат 1993.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.