• 5

Работа 77. ИЗМЕРЕНИЕ АБСОЛЮТНОЙ АКТИВНОСТИ ПРЕПАРАТА Со60 МЕТОДОМ ГАММА-ГАММА-СОВПАДЕНИЙ

Принадлежности: сцинтилляционные ^-счетчики, высоковольтный выпрями­тель, источник Со00 в свинцовом контейнере, схема совпадений ССА.

Абсолютной активностью называется полное число распадов ядер радиоактивного препарата в единицу времени. Если известно количество радиоактивных ядер в данном образце, то измерение абсолютной активности дает возможность определить константу рампада.

Пусть за одну секунду счетчик зарегистрировал п частиц; тогда абсолютная активность N0 равна

М0 = 4лл/ео),            (1)

где е — эффективность счетчика, со — телесный угол, в котором ре­гистрируются частицы. Обычно 8 и со определяются приближенно и при точных измерениях N0 желательно их исключить. В некоторых случаях для определения активности а и р источников используют 4я-счетчики: радиоактивный препарат вводят внутрь счетчика, обеспечивая условия, при которых е ^ 1 и со = 4я.

Определение N0 гамма-источника значительно упрощается, если использовать в качестве образца радиоактивный элемент, при распаде которого последовательно испускается несколько частиц. Такие распады называются каскадными.

В настоящей работе предлагается измерить абсолютную актив­ность препарата Со60, схема распада которого приведена на рис. 254. Спин ядра Со60 равен пяти, а спин основного состояния дочернего ядра Nie° равен нулю. После p-распада ядро Ni6° оказывается в воз­бужденном состоянии со спином 4. Переход в основное состояние с изменением спина на 4 единицы маловероятен. Более вероятным является процесс каскадного перехода с последовательным испуска­нием двух гамма-квантов. Как видно из рис. 254, при каждом из Y-переходов спин ядра изменяется на 2. Время жизни возбужденных уровней ^ Ю-11 с. Энергия квантов 1,17 и 1,33 МэВ. Испускаемые источником гамма-кванты регистрируются двумя счетчиками. По­скольку каскадные кванты имеют близкие энергии, эффективности их регистрации примерно одинаковы. Обозначим эффективность первого счетчика через гг и телесный угол, под которым он виден

х) Активность измеряется единицами кюри (Ки). 1 кюри соответствует 3,7«Ю10 распадов в секунду (такую активность создает 1 г радия).

из источника, через Вероятность регистрации гамма-кванта первым счетчиком равна

Яг = со^Мя.   (2)

Для второго счетчика вероятность регистрации соответственно равна

Р2 = со2е2/4я.         (3)

Если включить оба счетчика в схему совпадений с разрешающим

Со60

jB 0,3 Мз8

 

Z+-

Уг

 

            %,50Мэ8

1,17МоВ

            133МэВ

ШМэВ

-TT^rNi60

Рис. 254. Схема радиоактивного распада Со60.

Цифры слева обозначают спин уровня, знаки плюс и минус при цифрах — четность состояний' знак плюс для положитель­ной, знак минус для отрицательной четности; цифры справа указывают энергию уровня; цифры при стрелках обозначают энергию перехода.

временем т ;> 10"11 с, то каскадные гамма-кванты будут регистри­роваться практически одновременно. Вероятность совпадений бу­дет равна

PcoB4 = /V/V            (4)

Строго говоря, вероятность совпадений описывается формулой (4) лишь в том случае, если попадание одного гамма-кванта в первый счетчик, а другого во второй, являются независимыми событиями. Формула (4) справедлива поэтому лишь в предположении, что на­правление вылета второго кванта не зависит от направления пер­вого. На самом деле это предположение выполняется не очень хо­рошо, так как вероятность излучения кванта радиоактивным ядром зависит от угла между осью ядерного спина и направлением излу­чения. В обычных условиях полное излучение радиоактивного об­разца является изотропным, так как ядра ориентированы в простран­стве произвольным образом. Анизотропное излучение наблюдается в тех случаях, когда существуют группы ядер, ориентированных определенным образом, или когда удается «отобрать» только те ядра, спин которых лежит в некотором предпочтительном направ­лении. Этот случай реализуется при каскадном испускании двух

квантов Yi и у2. Если фиксировать направление излучения то в последующем излучении Y2 наблюдается угловая корреляция по отношению к Yi- Поэтому вероятность истинных совпадений пра­вильнее записать так:

Pcosu = W(B)P1P2l (5)

где W (6) — корреляционная функция, определяющая анизотропию направления вылета второго гамма-кванта по отношению к направ­лению первого. Если все направления вылета второго кванта равно­вероятны, то W (0) = 1. При распаде Со60 вероятность разлета квантов под углом 180° больше, чем под углом 90°. При б = 180° для Со60 W = 1,08. В данной работе используется хорошо колли- мированный пучок, и возможный угол разлета регистрируемых гамма-квантов мало отличается от 180°, поэтому величина поправки мало отличается от 1,08.

Истинные скорости счета Nl в первом и N2 во втором счетчиках при абсолютной активности iV0 и вероятностях регистрации Рх и Р2 имеют значения (при каждом распаде испускаются два гамма- кванта)

Nl = 2N»P1, N2 = 2N0P2,    (6)

а скорость счета истинных совпадений

Л^совп = 2 Рсовп/Vo.         (7)

Из формул (6) и (7) с учетом (5) получим для абсолютной актив­ности источника Со60 следующее выражение:

Л^0=1,08ад/2Л^СОВП.       (8)

Истинные скорости счета А^ и N2 экспериментально определяются как разность полной скорости счета и фона для каждого счетчика:

= п1п — п1ф9 N2 = n2n-n2 ф,        (9)

а скорость истинных совпадений Nсовп находится из полного числа совпадейий за вычетом случайных совпадений:

псл = 2тп1пп2п,        (10)

где т — разрешающее время схемы совпадений.

Блок-схема экспериментальной установки приведена на рис. 255. Гамма-кванты от источника Со60 регистрируются двумя сцин- тилляционными счетчиками х), каждый из которых состоит из кри­сталла Nal (Т1) и фотоэлектронного умножителя ФЭУ-19М. При поглощении гамма-кванта кристаллом возникает световая вспышка, которая преобразуется с помощью ФЭУ в электрический импульс,

Подробное описание устройства сцинтилляционного счетчика приведено в приложении VI.

передаваемый через катодный повторитель на схему совпадений ССА. Питание фотоэлектронных умножителей осуществляется от высоковольтного стабилизированного выпрямителя.

Измерения. 1. Ознакомьтесь с описанием приборов в приложе­ниях VI и VIII.

2.         Включите приборы и после трехминутного прогрева устано­вите рабочее напряжение на ФЭУ (значение напряжения указано на установке, полярность отрицательная).

3.         Дайте прогреться приборам в течение 10—15 минут, проведя при этом некоторые простые предварительные опыты. Поставьте

ВСВ-2

if

кп

ФЭУ

ша

Со

с

ФЭУ Выносной, блок

КП

 

ССА

Рис. 255. Блок-схема установки для изучения гамма-гамма-сов­падений.

BCB-2 — высоковольтный стабилизированный выпрямитель, С — сцин- тиллятор, кристалл иодистого натрия Nal(Tl), ФЭУ — фотоэлектронный умножитель, КП — катодный повторитель, ССА — схема совпадений с пе- ресчстным устройством.

переключатель схемы ССА «Вход пересч.» в положение «Канал 1» и поднесите, а затем уберите источник Со60, наблюдая при этом за изменением счета по пересчетному блоку в схеме совпадений. По­вторите опыт, переключив схему в положение «Канал 2». Установка должна «чувствовать» присутствие ^-источника. Если этого не про­исходит, то проверьте полярность высокого напряжения, а затем обратитесь к преподавателю.

После того как прибор начал чувствовать источник, поместите между счетчиком и источником лист бумаги, тетрадь, свинцовую плитку и убедитесь, что Вы, действительно, имеете дело с у-излу- чением. Поставьте переключатель «Кратн. совпад.» в положение «Двойные», переключатели «Счет» и «Вход пересч.» — в положение «Совпад.». Проследите, как изменяется счет совпадений при разных значениях разрешающего времени схемы совпадений. Изменяется ли счет совпадений (при фиксированном разрешающем времени), если

отодвинуть источник или поставить перед одним из счетчиков книгу? Если счет не изменяется, следует выяснить, в чем дело (самостоя­тельно или с помощью преподавателя). Затем проделайте следующие операции:

а)         При убранном источнике поставьте переключатель «Вход пересч.» в положение «Канал 1» и с точностью порядка 10% измерьте фон первого счетчика. Проведите аналогичные изме­рения для второго счетчика, переключив схему в положение «Канал 2».

б)         Установите источник Со60 между двумя счетчиками и грубо измерьте скорости счета первого и второго счетчиков.

в)         Поставьте переключатель «Кратн. совпад.» в положение «Двойные»; переключатели «Счет» и «Вход пересч.» — в положение «Совпад.». Грубо измерьте скорости счета совпадений для разрешаю­щих времени 2 • Ю-6, 10~6, 0,5-10"6 секунды.

4.         Исходя из времени, имеющегося для проведения работы, оцените время, необходимое для измерения по пунктам а), б), в) с целью получения максимальной статистической точ­ности.

5.         Проведите измерения по пунктам а), б), в).

6.         Определите N0 по формуле (8) для всех трех значений раз­решающего времени. Результаты сравните между собой и объя­сните.

7.         После окончания работы отодвиньте источник от счетчиков.

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я