Учебный эксперимент: сравнение образцов

Комплект оборудования: 

Цель эксперимента: 

Данная работа демонстрирует, как сравнивать спектры различных образцов между собой.

Основа эксперимента:

Сравнение спектров — это распространённая процедура в статистике и физике, которая заключается в наложении нескольких спектров, полученных в одинаковых условиях или нормализованных к общему масштабу.

Например, спектры от радиоактивного образца и фона можно наложить друг на друга, чтобы наглядно показать различия и выделить вклад сигнала.

Также можно сравнивать спектры разных образцов, например, почвы и удобрения, чтобы оценить, сколько излучения каждый из них испускает за одно и то же время измерения. В случае, если сравниваются образцы с существенно различной активностью, нормализацию можно проводить по общему числу событий.

Ещё один вариант сравнения — использование другого детектора, например, германиевого детектора высокой чистоты (HPGe), либо другой измерительной системы, такой как рюкзак GammaEDU SP5640, основанный на фотоумножителе (PMT), соединённом со сцинтилляционным кристаллом NaI объёмом 0,3 л.

Проведение эксперимента:

Установите модуль i-Spector digital в основание и поместите коробку с образцом почвы в держатель. Включите питание i-Spector и подключите Ethernet-кабель. Через веб-интерфейс дождитесь стабилизации температуры (это может занять до 30 минут после включения).

Проверьте форму сигнала (осциллограмму), при необходимости откорректируйте порог срабатывания и ширину временного окна (gate width), затем запустите измерение энергетического спектра.

Проведите накопление данных в течение 30 минут с образцом почвы, а затем повторите измерение с образцом удобрения.

Примечание: настройки и время накопления должны быть одинаковыми для обоих измерений. Свинцовые блоки могут использоваться для более чёткого выделения пиков, но только в случае, если они применялись и при фоновых измерениях.

Блок-схема экспериментальной установки: 

Результаты эксперимента: 

Наложите спектры удобрения и почвы на один и тот же гистограммный график. Различия между образцами чётко видны на левом графике ниже: в области 200–400 кэВ у образца почвы наблюдаются пики, соответствующие изотопам из цепочек распада урана и тория, тогда как в спектре удобрения в этой области вклад отсутствует. Напротив, в спектре удобрения ярко выражен пик калия-40 (⁴⁰K) с соответствующим комптоновским краем, при этом в других энергетических областях вкладов не наблюдается.

Сравнение образцов: два образца измерены с использованием одного и того же модуля i-Spector в одинаковых экспериментальных условиях: