TYÖ 1.3 Gammasäteilyn energiaspektri

Samankaltaiset tiedostot
Gamma- ja röntgenspektrin mittaaminen monikanava-analysaattorilla

Gamma- ja röntgenspektrin mittaaminen monikanava-analysaattorilla

1 Johdanto. 2 Lähtökohdat

Työssä tutustutaan hajoamislakiin ja määritetään 137 Ba:n viritystilan kev keskimääräinen elinaika ja puoliintumisaika.

Hajoamiskaaviot ja niiden tulkinta (PHYS-C0360)

FYS207/K5. GAMMASÄTEILYN JA AINEEN VUOROVAIKUTUS

Kondensaattorin läpi kulkeva virta saadaan derivoimalla yhtälöä (2), jolloin saadaan

Kuva 1. Fotodiodi (vasemmalla) ja tässä työssä käytetty mittauskytkentä (oikealla).

Kvantittuminen. E = hf f on säteilyn taajuus h on Planckin vakio h = 6, Js = 4, evs. Planckin kvanttihypoteesi

PHYS-C0240 Materiaalifysiikka kevät 2017

Fysiikka 8. Aine ja säteily

NOOX xperio herätyskello valvontakamera

Lataussäädin 12/24V 10A. Käyttöohje

A.1 Ionisoivan säteilyn ja ilmaisinaineen vuorovaikutukset

RACE-KEEPER COMPARO PC-OHJELMAN PIKAOHJE

Langaton verenpainemittari (BP7) PIKAOPAS

Spektri- ja signaalianalysaattorit

Ohjeistus Auditorion laitteiden käyttämiseksi.

KÄYTTÖOHJE LÄMPÖTILA-ANEMOMETRI DT-619

Valosähköinen ilmiö. Kirkas valkoinen valo. Himmeä valkoinen valo. Kirkas uv-valo. Himmeä uv-valo

766326A Atomifysiikka 1 - Syksy 2013

Moottorin kierrosnopeus Tämän harjoituksen jälkeen:

KÄYTTÖOHJE TEHR LU / TEHR-M

TASAVIRTAPIIRI - VASTAUSLOMAKE

Värähtelymittaus Tämän harjoituksen jälkeen:

TDC Skaala. PIKAKÄYTTÖOHJE SPA9x2 PUHELIMILLE

Radioaktiivisen säteilyn läpitunkevuus. Gammasäteilty.

Muuntajan toiminnasta löytyy tietoja tämän työohjeen teoriaselostuksen lisäksi esimerkiksi viitteistä [1] - [4].

55 RADIOAKTIIVISUUS JA SÄTEILY

GAMMASÄTEILYMITTAUKSIA

Työ 55, Säteilysuojelu

PERMITTIIVISYYS. 1 Johdanto. 1.1 Tyhjiön permittiivisyyden mittaaminen tasokondensaattorilla . (1) , (2) (3) . (4) Permittiivisyys

Vastksen ja diodin virta-jännite-ominaiskäyrät sekä valodiodi

Työn tavoitteita. 1 Teoriaa

Potilasopas. Tämän oppaan omistaa:

MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI

Braggin ehdon mukaan hilatasojen etäisyys (111)-tasoille on

1 Tietoliikennelaboratorio V0.0. X

Sport In The Box Käyttöohje

Käyttö- ja asennusohje. Neutron12-LAN etäluentalaite

RADIOAKTIIVISUUS JA SÄTEILY

eriste C K R vahvistimeen Kuva 1. Geigerilmaisimen periaate.

Ydinfysiikka lääketieteellisissä sovelluksissa

1.1 Tyhjiön permittiivisyyden mittaaminen tasokondensaattorilla

Ajastin tarjoaa erilaisia toimintoja, kuten "Clock Display", "sekuntikello", "lähtölaskenta", "CountUp", "jaksoajastimen ja "Fight Gone Bad" -ajastin.

Fysikaalisen kemian syventävät työt CCl 4 -molekyylin Ramanspektroskopia

KÄYTTÖOHJE PEL 1000 / PEL 1000-M

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

Lyhyt käyttöohje SiMAP-mittaus

Mittaustulosten tilastollinen käsittely

Koneen käyttöön tarvitaan erillinen kortti, jonka voi lunastaa joko aikuisten infotiskiltä tai palvelupisteestä.

Infrapunalämpömittari CIR350

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka

CBRNE-aineiden havaitseminen neutroniherätteen avulla

33 SOLENOIDIN JA TOROIDIN MAGNEETTIKENTTÄ

RADIOAKTIIVISUUS JA SÄTEILY

FYSP106 / K2 RÖNTGENFLUORESENSSI

1.5 RÖNTGENDIFFRAKTIO Työohje, aro, snu,

WinOodin käyttö VDI-ympäristössä

Huawei E3276s ohjelmistopäivitys

RAIDETESTERIN KÄYTTÖOHJE

Atomin ydin. Z = varausluku (järjestysluku) = protonien määrä N = neutroniluku A = massaluku (nukleoniluku) A = Z + N

Gammaspektrometristen mittausten yhdistäminen testbed-dataan inversiotutkimuksessa

LEGO EV3 Datalogging mittauksia

MALLIN RENDERÖINTI KUVAKSI TAI VIDEOKSI SOLIDWORKS 2012 VERSIOLLA

Työturvallisuus fysiikan laboratoriossa

SONY MZ-R700 MiniDisc-tallennin

Moottorin kierrosnopeus Tämän harjoituksen jälkeen:

Kaksi yleismittaria, tehomittari, mittausalusta 5, muistiinpanot ja oppikirjat. P = U x I

Materiaalifysiikkaa antimaterialla. Filip Tuomisto Teknillisen fysiikan laitos Aalto-yliopisto

Lue ohjeet huolellisesti ennen laitteen käyttöä.

MrSmart 8-kanavainen lämpötilamittaus ja loggaus, digitoija ja talletusohjelma

A Z X. Ydin ja isotoopit

GlucoNavii DMS ohjelma

SÄHKÖMAGNEETTISTEN KENTTIEN MITTAUKSET

GEIGERIN JA MÜLLERIN PUTKI

TIETOA MITTAUKSESTA TYÖPERÄINEN ASTMA

Työ 2.1: Positronimittaukset puolijohteissa

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

Vastaa kaikkiin kysymyksiin. Oheisista kaavoista ja lukuarvoista saattaa olla apua laskutehtäviin vastatessa.

Tämä on PicoLog Windows ohjelman suomenkielinen pikaohje.

LP-levyn digitointi Audacity-ohjelmalla

MPCC-työkalua voidaan käyttää yhden laitteen valvontaan ja yhden tai useamman laitteen konfigurointiin (Modbus broadcast, osoite 0).

SSH Secure Shell & SSH File Transfer

Röntgenkuvaus, digitaalinen kuvaus ja tietokonetomografia

n=5 n=4 M-sarja n=3 L-sarja n=2 Lisäys: K-sarjan hienorakenne K-sarja n=1

1.1 ATOMIN DISKREETIT ENERGIATILAT

Kuvan pienentäminen Paint.NET-kuvankäsittelyohjelmalla

MASSER Loader V2.00. käyttö- ja asennusohje

ALCOVISOR. Käyttöohjeet FIN

Infrapunaspektroskopia

MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI

Bohr Einstein -väittelyt. Petteri Mäntymäki Timo Kärkkäinen

Top Analytica Oy Ab. XRF Laite, menetelmät ja mahdollisuudet Teemu Paunikallio

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

DATALOGGERI DT-171 PIKAKÄYTTÖOHJE V 1.2

3 SÄTEILYN JA AINEEN VUOROVAIKUTUS

R2 6XX Dual Input Thermocouple Lyhyt käy öohje

SwemaAir 5 Käyttöohje

Network Video Recorder. Pika-asennusohje

Transkriptio:

TYÖ 1.3 Gammasäteilyn energiaspektri Työssä on tarkoitus tutkia -säteilyn energiaspektriä sekä mittauksesta ja mittalaitteista johtuvia spektrissä esiintyviä epäideaalisuuksia. Työssä määritetään myös yhden aineen tuntemattomien -kvanttien energiat. Tähän käytetään erilaisia radioaktiivisia isotooppeja erienergisten gammojen lähteenä. Mittauslaitteisto koostuu tuikedetektorista ja digitaalisesta pulssianalysaattorista. Radioaktiivinen aine laitetaan tuikedetektorin (NaI) lähelle. Osuessaan kiteeseen gammakvantit voivat vuorovaikuttaa kiteen elektronien kanssa kolmella tavalla: tapahtuu valosähköisen ilmiö, Compton-sironta tai parinmuodostus. Gammakvantti voi myös läpäistä kiteen ilman ainuttakaan vuorovaikutusta, jolloin sitä ei havaita. Valosähköisessä ilmiössä tai Compton-sironnassa syntynyt nopea primäärielektroni luovuttaa energiaansa kiteeseen siroamalla väliaineen ytimistä, ionisoimalla väliaineen atomeja tai jarruuntumalla ytimien sähkökentässä, jolloin osa energiasta muuttuu sähkömagneettiseksi säteilyksi. Tuikedetektorin toiminta perustuu siihen, että osa primäärielektronin aiheuttamista elektronitransitioista purkautuu fotoneina: fotonien määrä ja lopulta detektorista saatava jännitepulssin korkeus on verrannollinen gammankvantin kiteeseen (primäärielektronille) jättämään energiaan. NaI-tuikeaineessa sekä valosähköinen ilmiö että Compton-sironta ovat todennäköisiä niille gammasäteilyn energioille, joita tässä työssä tutkitaan. Pulssianalysaattorilla kerättävä energiaspektri antaa siis tietoa sekä tulevan gammasäteilyn energiasta (fotopiikki, seurausta valosähköisestä ilmiöstä) että Compton-sironnan primäärielektronien energiasta (Comptonreuna ja -jatkumo). Jos oletetaan, että tutkittava radioaktiivinen isotooppi lähettää monoenergisiä gammakvantteja, ideaalisella detektorilla havaittaisiin säteilyn energiaspektrissä terävä piikki ( -piikki) energiaa E vastaavassa kohdassa ja teoreettisen Compton-sironnan energiajakaumaa vastaava jatkuva jakauma energiaa E Compton pienemmillä energioilla (ks. kuva 1). Koska mikään mittauslaitteisto ei ole ideaalinen, mitattava energiajakauma vastaa kuvan 1 jakaumaa konvoloituna gaussisella resoluutiofunktiolla. Tämä konvoluutio levittää spektrin muotoja. dn de fot opiikki Compton-reuna Compton-jat kumo E Compton E E Kuva 1. Teoreettinen gammakvanttien tuikeaineeseen jättämä energiajakauma. on sirontakulma ja dn on niiden havaittujen gammakvanttien lukumäärä, joiden energia on välillä [E, E+dE].

Mittaukset 1. Kirjaudu työasemaan sisään ja käynnistä mittausohjelma PX4_v326 hakemistosta C:\Programs\PX4\. Valitse DP4 oikealla olevasta valikosta ja sen jälkeen USB (1 detected) ohjelman Port valikosta. Lataa työssä käytettävät asetukset painamalla Recall Configuration -nappia ja saata asetukset voimaan Configure -napista. Asetusten tulisi olla seuraavat (säädä tarvittaessa käsin): Time to Peak: Top Width: Threshold: 2,4 us 2 us 1.95% FS Fast Threshold: 100 Output set: BLR: PUR: Reset: DAC: MCA Buffer Select: AutoBaseline: Rise Time Discrimination: Gain: Gate Input: 101 mv Shaped 256 Ch Buffer A 11x/0,7500 Seuraavassa esitellään käyttöliittymän tärkeimmät toiminnot: Slow Count: Accum. Time: Ilmaisee spektrin kokonaispulssimäärän Ilmaisee kokonaismittausajan Nuoli ylös/nuoli alas/auto: Spektrin skaalaus pystysuunnassa Count Mode: Asennossa Delta näyttää ns. differentiaalisen spektrin; spektriä kerätään vain päivitysjakson ( Refresh ) verran, minkä jälkeen aloitetaan alusta. Asennossa Total kerää spektriä kunnes käyttäjä keskeyttää mittauksen.

Pause/Resume MCA: Save Spectrum: Keskeyttää mittauksen/jatkaa mittausta. Tallentaa spektrin ASCII-muodossa. Spektrejä mitattaessa laitetaan siis Count Mode asentoon Total. Kun haluttu mittausaika on tullut täyteen, keskeytetään mittaus painamalla Pause MCA nappia ja tallennetaan spektri. Uuden spektrin keräämiseksi vaihdetaan Count Mode ensin asentoon Delta ja sitten takaisin asentoon Total (Configure-nappia saattaa joutua painamaan useamman kerran peräkkäin, mikäli uutta spektriä ei ala kertyä ruudulle). 2. Ennen kuin kytket tuikeilmaisimen suurjännitevirtalähteen päälle, tarkista että jännite on asetettu arvoon 760 V (ylin potentiometri asennossa 500, toinen asennossa 200, kolmas asennossa 60 ja alin potentiometri asennossa 0 ). Kytke sitten suurjännite päälle. 3. Mittaa seuraavat isotoopit (älä poista lähteitä pusseista): Cs-137 Co-60 Na-22 662 kev 1173 kev, 1332 kev tuntematon K-40 1461 kev (suolapurkissa) Mittausgeometria on esitetty kuvassa 2 a). Jotta spektri erottuisi selvästi, kannattaa mittausajaksi ottaa 5 10 min. Na-22 ja K-40 isotoopilla saatetaan tarvita pidempiäkin mittausaikoja Tarkista, että fotopiikit ja Compton-reunat erottuvat selvästi. Aloita K-40 isotoopilla (suurin energia) ja varmista, että fotopiikki näkyy kokonaisuudessaan asteikon oikeassa reunassa. Mittaa Cs-137 kahteen kertaan siten, että toisella kerralla asetat lyijytiilen telineeseen ja lähteen makaamaan lyijytiilen päälle (ks. kuva 2 b)). Kädet on hyvä pestä lyijytiilen käsittelyn jälkeen. Tallenna jokaisen mittauksen jälkeen spektri työpöydän hakemistoon Opiskelijat. Muista siirtää spektrit omaan kotihakemistoosi Aalto IT-keskuksen palvelimella tai tallentaa ne USB-tikulle tms. mittausten jälkeen. Assistentti tekee valmistelut K-40-isotoopin mittausta varten. Ilmoita, kun olette valmiit mittaamaan ko. spektrin.

Kuva 2. a) Tavallinen mittausgeometria. b) Mittausgeometria Cs-137 -isotoopin ja lyijytiilen kanssa. 4. Laita tuikeilmaisin pois päältä, laita tuikeilmaisimen virtalähde pois päältä, sulje pulssianalysaattorin käyttöliittymä painamalla Exit nappia ja kirjaudu ulos työasemasta.

Selostus 1. Miten gammasäteilyä syntyy? Selitä eri mahdollisuudet. 2. Selitä yksityiskohtaisesti, miten tuikedetektori ja muu mittalaitteisto toimii. Käytä apuna kirjaa G. F. Knoll, Radiation detection and measurement (kurssikirja, Fysiikan osaston kirjastossa) tai kurssimateriaalin liitettä C. 3. Tutki mitattuja spektrejä ja selitä niiden muoto perusteellisesti. Mieti myös syitä spektreissä näkyvien epäideaalisuuksien vaihtelulle spektristä toiseen. Vertaa erityisesti kahta 137 Cs:lla mitattua spektriä keskenään ja pohdi syytä mahdolliseen poikkeavuuteen. 4. Tee energiakalibraatio tunnettujen fotopiikkien avulla. Määritä fotopiikin paikka esimerkiksi siksi kanavaksi, jolla on maksimipulssimäärä, ja paikan virhearvioksi esimerkiksi ±3 kanavaa riippuen siitä, kuinka epämääräiseltä fotopiikin paikka silmämääräisesti näyttää. Käytä pienimmän neliösumman keinoa kalibraatiosuoran sovittamisessa (ks. erillinen ohje). 5. Määritä 22 Na:n -piikkien energiat virhearvioineen. 6. Esitä mitattujen isotooppien hajoamiskaaviot pääpiirteissään. Transitiot, joiden todennäköisyydet ovat kovin pieniä, voi selvyyden vuoksi jättää pois. Selitä hajoamiskaavioiden avulla, mihin hajoamistapoihin havaitut gammakvantit liittyvät ja mitkä ovat kvanttien emissiotodennäköisyydet. Vertaa 22 Na:n spektristä määritettyjen gammakvanttien energioita hajoamiskaavion energioihin. Pohdi syitä mahdollisiin poikkeamiin. (Esim. C. M. Lederer, V. S. Shirley, Table of isotopes (7th ed.), John Wiley & Sons, 1978 tai Lund/LNBL Nuclear Data Search, http://nucleardata.nuclear.lu.se/nucleardata/toi).