NaI - ИТЭФ

Гамма-детектор на основе NaI.
лабораторная работа
И. Алексеев и Д. Свирида, ИТЭФ.
МФТИ и МИФИ.
Установка
Схема установки приведена на рис. 1.
Рис. 1: Схема установки
Установка
состоит
из
источника
гамма
207
излучения
Bi, кристалла NaI(Tl) диаметром 150 мм и
высотой 100 мм, фотоумножителя ФЭУ-49, источника
высокого
напряжения
для
ФЭУ
и
модуля
оцифровки
сигналов
AVM16,
расположенного
в
крейте
VME.
Считывание
информации
производится
с
помощью
контроллера
CPC600,
представляющего из себя одноплатную ЭВМ c
опреационной системой Linux. Для управления
установкой
используется
персональный
компьютер. Рабочее напряжение на ФЭУ 1.4 – 2.0 кВ.
ВНИМАНИЕ: Напряжение выше 2.0 кВ не ставить!
Подробная информация по свойствам распада
Bi
приведены
в
приложении
1.
Нас
будут
интересовать три наиболее интенсивных линии:
207
Энерг
ия, кэВ
Интенсивнос
ть, %
569.7
97.8
1063.7
74.5
1770.2
6.9
Кроме того, для справки в приложении 2 дана
информация по распаду 40K. Этот изотоп калия
присутствует
в
окружающих
метериалах.
Единственная достаточно интенсивная линия:
Энерг
ия, кэВ
Интенсивнос
ть, %
1460.8
10.7
Работа с программой
Программа
для
считывания
данных
накопления
спектра
работает
внутри
контроллера VME. Для связи с контроллером
используется отдельный настольный компьютер.
Во всех случаях user: lab; password: abpnt[ . Доступ к
контроллеру:
ssh -X vme0.epecur.local
Запуск программы:
cd analyzer;./analyzer
Окно программы показано на рис. 2. Основную
часть
окна
занимает
гистограмма
с
уже
набранными
событиями.
Гистограмму
можно
масштабировать
и
т.д.
С
помощью
мышки
и
контекстного меню. По горизонтали отложен
интеграл сигнала (заряд) в некоторых условных
единицах.
Снизу
расположены
элементы
управления:
Module
switches
– задает
модуля AVM16 (не менять!);
адрес
используемого
Channel – номер используемого входа;
Threshold – порог по амплитуде. Следует отметить,
что
порог
устанавливается
по
амплитуде
сигнала,
а
гистограмма
строится
по
его
интегралу, так что не следует ожидать резкого
порога на гистограмме.
Enable
–
запускает
статистики;
/
останавливает
набор
SaveHist – запись гистограммы в файл root;
SavePict
–
запись
графический файл;
картинки
Reset – сброс гистограммы;
Exit – выход из программы.
гистограммы
в
Рис. 2: Окно анализатора
Задание
 Установить
на
ФЭУ
напряжение
Посмотреть сигнал на осциллографе.
1.7
кВ.
 Сколько МэВ выделяет MIP в кристалле NaI?
 Подключить
программу.
сигнал
к
AVM16
и
запустить
 При напряжениях на ФЭУ 1.5 – 1.9 кВ с шагом 100 В
набрать спектр с источником и без. Для
нормировки следует набирать сигнал и фон
одинаковое время, скажем 10 минут. Сохранить
гистограммы в разные файлы и выполнить
вычитание фона.
 Объяснить наблюдаемые спектры. При каждом
напряжении определить калибровку каналов
спектрометра
(кэВ/канал).
Проверить
линейность при разных напряжениях.
 Нарисовать коэффициент усиления ФЭУ как
функцию
напряжения
(в
относительных
единицах).
Приложение 1 – свойства распада
207Bi
(http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/decaysearchdirect.jsp?nuc=207BI&unc=nds)
Beta+:
Energy
(keV)
End-point energy
(keV)
382.99 93
805.8 21
Intensity
(%)
Dose
( MeV/Bq-s )
0.0380 % 22
1.46E-4 8
Mean beta+ energy: 3.8E+2 keV 3, total beta+ intensity: 0.0380 % 22, mean beta+ dose: 1.46E-4
MeV/Bq-s 15
Electrons:
Energy
(keV)
Intensity
(%)
Dose
( MeV/Bq-s )
Auger L
7.97
54.4 % 14
0.00433 11
Auger K
56.7
2.9 % 3
0.00162 18
CE K
240.10 12
1.88E-4 % 17
4.5E-7 4
CE L
312.24 12
3.2E-5 % 3
1.00E-7 9
CE M
324.25 12
7.5E-6 % 7
2.44E-8 22
1.537 % 22
0.00740 11
0.442 % 6
0.00245 3
0.111 % 5
6.3E-4 3
CE K
CE L
CE M
481.6935 21
553.8372 21
565.8473 21
CE K
809.77 12
0.00246 % 10
1.99E-5 8
CE L
881.91 12
4.07E-4 % 17
3.59E-6 15
CE M
893.92 12
9.5E-5 % 4
8.5E-7 4
CE K
975.651 3
7.08 % 17
0.0691 17
CE L
1047.795 3
1.84 % 5
0.0193 5
CE M
1059.805 3
0.44 % 3
0.0047 3
CE K
1354.20 20
3.55E-4 % 8
4.81E-6 10
CE L
1426.34 20
6.13E-5 % 13
8.74E-7 19
CE M
1438.35 20
1.44E-5 % 3
2.07E-7 4
CE K
1682.224 9
0.0238 % 12
4.00E-4 21
CE L
1754.367 9
0.0034 % 5
5.9E-5 10
Gamma and X-ray radiation:
Energy
(keV)
Intensity
(%)
Dose
( MeV/Bq-s )
XR l
10.6
33.2 % 13
0.00352 14
XR kα2
72.805
21.4 % 5
0.0156 4
XR kα1
74.969
35.7 % 7
0.0268 6
XR kβ3
84.45
4.31 % 9
0.00364 8
XR kβ1
84.938
8.27 % 18
0.00703 15
XR kβ2
87.3
3.02 % 7
0.00264 6
328.10 12
6.9E-4 % 6
2.26E-6 20
511.0
0.076 % 4
Annihil.
569.698 2
97.75 % 3
897.77 12
0.128 % 5
1063.656 3
1442.2 2
74.5 % 3
0.1310 % 20
0.55688 17
0.00115 4
0.792 3
0.00189 3
1770.228 9
6.87 % 3
0.1216 5
Gamma Coincidence Data:
For each gamma, the list of gammas in coincidence is given. If experimentally known, an estimate of
the average time interval (in seconds) between both gammas is given
E(γ)
Coincidence
328.10
569.698 (1.30E-10), 1442.2
569.698
328.10 (1.30E-10), 1063.656 (1.30E-10), 1442.2 (1.30E-10), 1770.228 (1.30E10)
897.77
1442.2
1063.656 569.698 (1.30E-10)
1442.2
328.10, 569.698 (1.30E-10), 897.77
1770.228 569.698 (1.30E-10)
Приложение 2 – свойства распада
40K
(http://www.nndc.bnl.gov/chart/decaysearchdirect.jsp?nuc=40K&unc=nds)
Beta+:
Energy
(keV)
End-point energy
(keV)
238.2 3
482.69 19
Intensity
(%)
0.00100 % 13
Dose
( MeV/Bq-s )
2.4E-6 3
Mean beta+ energy: 2.4E+2 keV 4, total beta+ intensity: 0.00100 % 13, mean beta+ dose: 2.4E-6
MeV/Bq-s 5
Electrons:
Energy
(keV)
Auger K
Intensity
(%)
2.66
7.31 % 15
Dose
( MeV/Bq-s )
1.95E-4 4
Gamma and X-ray radiation:
Energy
(keV)
Intensity
(%)
Dose
( MeV/Bq-s )
XR kα2
2.955
0.30 % 3
8.8E-6 10
XR kα1
2.957
0.61 % 6
1.79E-5 18
XR kβ1
3.19
0.048 % 5
1.54E-6 16
XR kβ3
3.19
0.025 % 3
8.0E-7 8
Annihil.
511.0
0.0020 % 3
1460.822 6
10.66 % 18
0.156 3