Badanie rozpadu beta minus I - Wydział Fizyki Politechniki
Transkrypt
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