Определение энергетического разрешения и γ-спектра

Комплектация оборудования: 

Цель эксперимента:

Анализ спектра энергии, поглощённой γ-квантом в детекторе, позволяет понять суть взаимодействия высокоэнергетических фотонов с веществом и даёт возможность на практике изучить эффекты, связанные с работой детектора.

Основа эксперимента:

Для γ-излучения с энергией менее 2 МэВ взаимодействие с веществом определяется в основном комптоновским рассеянием и фотоэлектрическим поглощением. Анализ комптоновского континуума и фото-пика в спектре поглощённой энергии позволяет получить информацию о свойствах распадающегося изотопа, а также об эффектах, вызванных шумами системы, статистикой зарегистрированных фотонов, стохастическими эффектами в детекторе и внутренним разрешением сцинтиллятора.
Эксперимент предполагает использование источника ¹³⁷Cs, распады которого регистрируются кристаллом CsI, соединённым с кремниевым фотопомножителем. Источник  ¹³⁷Cs особенно интересен благодаря наличию низкоэнергетической линии рентгеновского излучения на 32 кэВ и высокоэнергетического γ-излучения на 662 кэВ. Первая линия важна для оптимизации нижнего предела обнаружения системы, в то время как вторая служит стандартом для оценки энергетического разрешения. Использование обеих линий и анализ характеристик комптоновского спектра позволяют выполнить приближённую оценку линейности при использовании одного изотопа.

Проведение эксперимента:

Кристалл сцинтиллятора CsI необходимо соединить с кремниевым фотопомножителем (SiPM) в модуле SP5607 через тонкий слой оптической смазки, чтобы максимизировать сбор света. Во избежание насыщения сигнал с SiPM делится с помощью делителя A315: один выход подключается к DT5720A и оцифровывается, другой усиливается модулем SP5600, который формирует триггер для сигнала интеграции с помощью встроенного компаратора переднего фронта. Порог срабатывания компаратора должен быть установлен на основе анализа спектра и оценки уровня тёмных шумов. После корректной настройки и размещения радиоактивного источника можно начинать регистрацию спектра.

Блок-схема экспериментальной установки:

Результаты эксперимента:

На рисунке представлен типичный гамма-спектр, записанный при очень низком энергетическом пороге. Чётко видны остаточные шумы системы, низкоэнергетическая линия на 32 кэВ, а также фотопик. Для данного спектра энергетическое разрешение на пике 662 кэВ соответствует:

Энергетическое разрешение= ( ^FWHM_пик ⁄ μ_пик ) * 100 ≈ 10

^{FWHM_{пик  =}} полная ширина пика на половине его максимума

μ_{пик =} номер канала, соответствующий центру пика

Определение ¹³⁷ Cs спектра: