Badanie rozpadu beta minus I - Wydział Fizyki Politechniki

Badanie rozpadu beta minus 128I
Projekt ćwiczenia w Laboratorium Fizyki i Techniki Jądrowej
na Wydziale Fizyki Politechniki Warszawskiej.
dr Julian Srebrny
Opracowanie zostało wykonane w ramach zadania 33 POKL w Politechnice Warszawskiej”
„MODYFIKACJA KSZTAŁCENIA NA WYDZIALE FIZYKI P.W. W ZAKRESIE WYKORZYSTYWANIA TECHNIK I
TECHNOLOGII JĄDROWYCH W GOSPODARCE NARODOWEJ”
projektu „Program Rozwojowy Politechniki Warszawskiej” współfinansowanego przez Unię Europejską w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego (Program Operacyjny Kapitał Ludzki)
Badanie rozpadu beta minus 128I
W ćwiczeniu wykorzystujemy 127I zawarty w scyntylatorze NaI(Tl). W ten sposób
scyntylator NaI pełni rolę tarczy do produkcji
128
I oraz jednocześnie spektrometru
elektronów. Dzięki temu, że badane jądro wchodzi w skład spektrometru unikamy
128
problemu absorpcji energii elektronów w materiale tarczy.
I jest produkowany w
źródle termicznych neutronów w reakcji :
127
I ( n, γ )
128
I ( t1/2 = 25 min)
Jest to bardzo wydajna reakcja, ponieważ przekrój czynny jest ok. 6 barnów
Naturalny Jod jest monoizotopem, ponieważ w 100% składa się tylko z 128I .
To bardzo ułatwia wykonanie eksperymentu, ponieważ praktycznie nie ma
zakłócających aktywności.
Schemat rozpadu 128I przedstawiony jest poniżej:
1+
t 1/2=25,0min
128
53
I
0,443MeV
β-
15%
1,84
2+ 24ps
77%
2,28
0+
0,443
γ
128
Xe
54
0,0
Ćwiczenie polega na przygotowaniu aparatury do pomiaru, poprzez zestawienie i
połączenie elektroniki, wykalibrowanie energetyczne spektrometru NaI(Tl) w zakresie
do 2,5 MeV, włożenie sondy NaI do źródła neutronów na odpowiedni czas,
przeniesienie sondy na stanowisko pomiarowe, odpowiednie podłączenie i podanie
wysokiego napięcia.
Są dwie wielkości do zmierzenia :
a) czas połowicznego zaniku t1/2
b) energia maksymalna widma beta
Można ewentualnie punkt b) rozszerzyć na znalezienie dwu składowych widma β- .
Kalibrację energetyczną spektrometru elektronów NaI(Tl) wykonujemy wykorzystując
źródła promieniowania γ : 137Cs( linia γ -662 keV), 22Na( linie γ – 511 keV,
1274 keV, oraz linia sumy 1785 keV), 60Co ( linie γ – 1173 keV, 1332 keV, oraz linia sumy
2504 keV ). Warto zwrócić uwagę na schemat rozpadu
22
Na i
60
Co i sposób powstawania linii
sumy. Warunkiem koniecznym jest fakt, że czas życia poziomów pośrednich( rzędu ps) jest
znacznie krótszy od czasu działania układów elektronicznych( rzędu µs). Korzystanie z linii γ
do kalibracji spektrometru scyntylacyjnego elektronów wynika z faktu, iż promieniowanie γ
jest rejestrowane
tylko poprzez pomiar energii wytworzonych przez nie elektronów.
5+
t1/2 =5,3 lat
β- 100%
60
Co
1,33
?
4+
1,17MeV
γ
27
2+
0,7ps
0,0
1,33MeV
γ
0
+
60
Ni
28
3+
t 1/2=2,6lat
22
Ne
11
0,54Me
V
γ
2+ 4ps
1,275
1,275 MeV
0,0
0+
22
Ne
10
β+ 90%, WE 10%
Zagadnienia do opanowania przez studentów przed i w trakcie wykonywania ćwiczenia:
1. Rozpady beta jader atomowych
a)
rozpad βb) rozpad β+ , anihilacja pozytonów
c) wychwyt elektronu
2. Funkcje podstawowych układów elektronicznych:
dzielnik napięcia fotopowielacza
przedwzmacniacz
wzmacniacz liniowy
zasilacz HV i stabilność pracy spektrometru scyntylacyjnego
analizator amplitudy
oscyloskop, podstawa czasu, próg wyzwalania( tryger)
3.
Źródło neutronów termicznych
a) reakcja produkcji szybkich neutronów
b) metody spowalniania neutronów
c) zalety neutronów termicznych w porównaniu do szybkich
neutronów
4.
Oddziaływanie elektronów z materią
5.
Oddziaływanie promieniowania γ z materią
6.
Różnice i podobieństwa oddziaływanie elektronów i promieniowania γ
z materią
Zasady działania spektrometrów scyntylacyjnych promieniowania γ
i elektronów
7.
8.
Schematy rozpadów jader promieniotwórczych