7 Comptonspridning. 7.1 Laborationens syfte. 7.2 Materiel. 7.3 Teori. Att undersöka comptonspridning i och utanför detektorkristallen.

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "7 Comptonspridning. 7.1 Laborationens syfte. 7.2 Materiel. 7.3 Teori. Att undersöka comptonspridning i och utanför detektorkristallen."

Hanna Ek
för 7 år sedan
Visningar:

1 7 Comptonspridning 7.1 Laborationens syfte Att undersöka comptonspridning i och utanför detektorkristallen. 7.2 Materiel NaI-detektor med tillbehör, dator, spridare av aluminium, koppar eller stål, blybleck eller blystenar cirka 2 cm tjocka, 152 Eu-kalibreringspreparat och 137 Cs-preparat. 7.3 Teori Ett gammakvantum som växelverkar med detektorns NaI-kristall kan avge sin energi till kristallens elektroner på två olika sätt: 1. Fotoeffekt 2. Comptoneffekt Genom fotoelektrisk effekt (fotoeffekt) avges gammakvantumets hela energi till detektorn. Gammakvanta som registreras via fotoeffekten ger upphov till den s k fototoppen i ett energispektrum (se figur 17). Intensitet 1200 Diskriminatornivå Fototoppen i ett gammaspektrum 800 Comptonkant Comptonfördelning Kanalnummer Figur

2 Gammakvanta kan även avge en del av sin energi till en av kristallens elektroner i en kollisionsprocess, som kallas comptonspridniing. Vid comptonspridning lämnar vanligen det spridda gammakvantumet kristallen. Den till kristallen avgivna energin beror av spridningsvinkeln Φ (se formeln i figur 18), vilket medför att för monoenergetisk strålning uppvisar spektret förutom fototoppen en kontinuerlig fördelning, den s k comptonfördelningen (se figur 17). E ut = 1 + E in E in 2 mc ( 1 - cos Φ ) Spritt gammakvantum med energin E ut Φ Infallande gammakvantum med energin E in Rekylerande elektron Figur 18. Genom att använda lagarna för energins och rörelsemängdens bevarande kan man härleda ett uttryck för det spridda gammakvantumets energi E ut. Energidifferensen E in - E ut. anger hur mycket energi som överförts vid spridningen till kristallens elektron. Det är denna energimängd som registreras i spektret. Comptinfördelningens högra sida har en kant, comptonkanten, som svarar mot maximalt överförd energi. Bestäm med hjälp av formeln i figur 18 vid vilken spridningsvinkel den vid comptonspridning överförda energin har sitt största värde. Svar:... I laborationen används det radioaktiva preparatet 137 Cs där gammastrålningen är monoenergetisk med energin 0,662 MeV. Beräkna comptonkantens läga för denna energi. Svar: comptonkantens energi är...mev 33

3 I spektret definieras comptonkantens läge som mittpunkten på comptonkantetns sluttning. Se figur 19. Fototopp Comptonkantens läge Figur Utförande Energikalibrering Ta upp ett kalibreringsspektrum från 152 Eu-preparatet. Mättiden är cirka 6 minuter. Utför energikalibreringen med hjälp av och 1.41 MeV topparna. Spar det kalibrerade spektret Bestämning av comptonkanten Håll 137 Cs-preparatet framför detektoröppningen på ett avstånd av cirka 5 cm för att räknehastigheten inte skall bli för stor. Ta upp ett spektrum under cirka 3 min. Använd detta spektrum för att experimentellt bestämma energin för comptonkanten. Värdet jämförs sedan med det teoretiskt beräknade värdet från teoriavsnittet. Comptonkantens energi avläses till...mev Vilka felkällor finns i detta försök?... 34

4 7.4.3 Mätning av energin för den spridda strålningen för olika spridningsvinklar I detta försök studeras hur det vid spridningen utgående gammakvantumets energi varierar för två olika val av spridningsvinkeln. Experimentuppställningen ordnas enligt figur 20. För att uppnå en bättre kollimering av spridda gammakvanta placeras med hjälp av blyskivor eller liknande en cirka 2 cm tjock blyskärmning med en cirka 2 cm bred spalt framför detektoröppningen. NaI-kristall Bly Φ Spridare 137 Cs Blykollimator Φ = Spridningsvinkeln Figur 20. Genom att mäta spridningsvinkeln Φ enligt figur 20 kan man med hjälp av spridningsformeln beräkna energin för de gammakvanta som sprids in i detektoröppningen. Denna energi jämförs med energivärdet som fås för den spridda strålningens fototopp. Uppgift 1 Spridningsvinkeln F väljs till cirka 90 grader. Ett spektrum tas upp under cirka 10 minuter. Spektret lagras. Därefter tas spridaren bort utan att rubba resten av försöksuppställningen och ett nytt spektrum tas under lika lång tid, dvs 10 minuter. Eftersom gammastrålningen från 137 Cs även sprids mot föremål runt omkring detektoröppningen och detktorn själv, tas också ett spektrum utan spridare upp. Genom att subtrahera det oönskade bidraget syns den önskade effekten tydligare. 35

5 Det subtraherade spektret energikalibreras och fototoppens energi bestäms. Detta värde jämförs sedan med det teoretiskt beräknade värdet. Φ:... E in :... E ut :... Fototoppens energi är...mev Uppgift 2 Välj nu en egen spridningsvinkel mellan 60 och 120. Upprepa mätproceduren och beräkningar från Uppgift 1 samt redovisa dina resultat nedan. Φ:... E in :... E ut :... Fototoppens energi är...mev Vilka felkällor finns i detta försök?... 36

Relevanta dokument

8 Röntgenfluorescens. 8.1 Laborationens syfte. 8.2 Materiel. 8.3 Teori. 8.3.1 Comptonspridning

8 Röntgenfluorescens. 8.1 Laborationens syfte. 8.2 Materiel. 8.3 Teori. 8.3.1 Comptonspridning 8 Röntgenfluorescens 8.1 Laborationens syfte Att undersöka röntgenfluorescens i olika material samt använda röntgenfluorescens för att identifiera grundämnen som ingår i okända material. 8. Materiel NaI-detektor