Учебный эксперимент: измерение γ-спектроскопии и линейности системы

Комплектация оборудования: 

Цель эксперимента:
Провести исследование гамма-радиоактивных источников и проанализировать сигналы, создаваемые во время взаимодействия гамма-излучения с одним из сцинтилляционных кристаллов системы.

Основа эксперимента:
Детекторная система EasyPET состоит из двух кремниевых фотомножителей (SiPM), соединённых со сцинтилляционными кристаллами. Принцип работы EasyPET прост: две маленькие детекторные ячейки, каждая из которых состоит из небольшого сцинтилляционного кристалла, соединённого с кремниевым фотомножителем (SiPM), формируют сигнал при регистрации фотона, испускаемого источником.

Для выполнения измерений в гамма-спектроскопии с использованием одного из двух детекторов важно подчеркнуть, что детектор характеризуется компонентой шума, вызванной случайными событиями, происходящими независимо и не связанными с полем облучения. Этот шум, называемый скоростью темнового счёта , зависит в основном от технологии сенсора и рабочей температуры, составляя от 100 кГц до нескольких МГц на мм² при 25 °C. DCR уменьшается с понижением температуры (примерно в 2 раза каждые 8 °C). Кроме того, рабочее напряжение влияет на DCR, поскольку связано с электрическим полем, а следовательно — с активным объёмом сенсора и вероятностью срабатывания носителей заряда.

Эта шумовая компонента влияет на разрешающую способность гамма-спектра, который обычно состоит из пика шума системы, комптоновского распределения и фото-пика.

Проведение эксперимента:

Установите держатель источника на колонну, закреплённую на основании системы.
Закрепите U-образную плату на верхнем шаговом двигателе и подключите плоский кабель к U-образной плате и к управляющему блоку. Подключите систему к компьютеру и включите питание.
Выберите один из детекторов и подключите его аналоговый выход ко входу канала DT5770. Затем используйте выход компаратора для запуска многоканального анализатора (MCA) и выберите пороговое значение сигнала в мВ.
Разместите радиоактивный источник как можно ближе к выбранному детектору и выполните сбор энергетического спектра с помощью многоканального анализатора (MCA).
Повторите измерения с несколькими гамма-радиоактивными источниками, чтобы исследовать линейность системы.

Результаты:

Спектры показывают комптоновский континуум , связанный с непрерывным распределением энергий, высвобождаемых электронами, рассеянными на фотонах Комптона, и фото-пик , соответствующий полной передаче энергии фотона в результате фотоэлектрического эффекта.
Фото-пик, расположенный примерно в нулевой зоне, отражает системный шум.
Конверсии между значениями каналов и номером канала позволяют выполнить калибровку энергии.
 Линейность системы проверяется с использованием нескольких радиоактивных источников.
Если система действительно линейна, выходные сигналы (в номерах каналов) будут прямо пропорциональны энергиям падающих гамма-квантов.

Калибровка по энергии:

Энергетический спектр источника ²²Na: