Обнаружение γ-излучения

Комплектация оборудования:

Цель работы:

Обнаружение гамма-радиоактивности с помощью системы, состоящей из сцинтилляционного кристалла, сопряжённого с фотонным детектором.

Основы эксперимента:

Гамма-кванты взаимодействуют с веществом посредством трёх процессов: Комптоновское рассеяние, фотоэлектрический эффект, образование пары  (когда энергия превышает порог 1,022 МэВ, соответствующий суммарной массе покоя электрона и позитрона — e⁺e⁻).

Сечение каждого процесса зависит от энергии гамма-кванта.
Комптоновское рассеяние — это неупругое взаимодействие между падающим фотоном и атомным электроном.
В фотоэффекте гамма-квант передаёт всю свою энергию связанному электрону, который приобретает кинетическую энергию, равную разности между энергией фотона и энергией связи электрона.

В результате этих процессов энергия гамма-кванта полностью или частично преобразуется в кинетическую энергию электронов (или позитронов — в случае образования пары).
Взаимодействие заряженных частиц с атомами и молекулами среды вызывает возбуждение, а последующий распад этих состояний (возможно, с промежуточными этапами) приводит к испусканию света в видимом или ультрафиолетовом диапазоне, который регистрируется светочувствительным детектором.

Существует широкий выбор сцинтилляторов, различающихся по световыходу, материалу, временным характеристикам свечения и стоимости. Выбор конкретного сцинтилляционного материала зависит от целей применения.

Проведение эксперимента:

Выбранный сцинтилляционный кристалл должен быть соединён с кремниевым фотопомножителем (SiPM) в модуле SP5607 через тонкий слой индекс-согласованной оптической смазки для максимизации сбора света.

Во избежание насыщения выходной сигнал с SiPM делится с помощью сплиттера A315:
– один канал подключается к цифроанализатору DT5720A для оцифровки сигнала,
– второй усиливается модулем SP5600, который формирует триггер для интеграции сигнала с помощью встроенного дискриминатора по переднему фронту, либо используется для подсчёта импульсов, вызванных обнаруженным гамма-излучением.

Результаты эксперимента:

Студент может познакомиться с явлением радиоактивности с помощью простого предварительного измерения — сравнения частоты счёта в зависимости от порога дискриминатора с источником и без него.