Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Spektrum záření gama, jeho získávání a analýza 1) Spektrum záření gama a) Obecné vlastnosti b) Pík plného pohlcení c) Comptonovy hrany, Comptonovo kontinuum.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Spektrum záření gama, jeho získávání a analýza 1) Spektrum záření gama a) Obecné vlastnosti b) Pík plného pohlcení c) Comptonovy hrany, Comptonovo kontinuum."— Transkript prezentace:

1 Spektrum záření gama, jeho získávání a analýza 1) Spektrum záření gama a) Obecné vlastnosti b) Pík plného pohlcení c) Comptonovy hrany, Comptonovo kontinuum d) Pík jednoduchého a dvojného výletu, anihilační pík e) „Pile-up“ pozadí a sumační píky f) Vliv okolního materiálu - pík zpětného rozptylu 2) Analýza spektra záření gama a) Obecné charakteristiky b) Proložení tvaru píku c) Proložení spektra d) Energetická kalibrace e) Kalibrace efektivity f) Opravy na absorpci ve zdroji g) Oprava na tloušťku zdroje h) Oprava na koincidence

2 1)Limita malého detektoru – po jedné interakci všechny sekundární fotony (z Comptonova rozptylu a anihilační) vyletí ven 2) Limita velkého detektoru – všechny sekundární fotony jsou pohlceny Ideální detektor – nemá mrtvé vrstvy,... E γ < 2·m e c 2 E γ >> 2·m e c 2 Všechna energie je nakonec pohlcena v detektoru Při dobrém rozlišení (polovodiče) se ještě objevují píky výletu rentgenů materiálu detektoru Poměr ploch fotopíku a Comptonova pozadí: S F /S C =σ F /σ C střední volná dráha sekundárních fotonů >> rozměr detektoru (velmi velký detektor, fotony prvně interagují ve středu) střední volná dráha sekundárních fotonů << rozměr detektoru

3 Pík úplného pohlcení (fotopík) 1)Gama kvanta interagující fotoefektem 2)Mnohonásobný Comptonův rozptyl 3)Produkce párů a následné pohlcení anihilačních fotonů Comptonovy hrany Jeden Comptonův rozptyl do úhlu 180 O : Dva Comptonovy rozptyly do úhlu 180 O : Spektrum zdroje 241 Am Spektrum zdroje 60 Co

4 Spektrum mezi Comptonovými hranami a píkem úplného pohlcení: 1)Mnohonásobný comptonův rozptyl 2)Comptonův rozptyl v „mrtvé části“ před detektorem 3)Anihilační fotony se rozptýlí Comptonovým rozptylem 4)Neúplný sběr náboje 5)Únik charakteristických KX - fotonů Comptonovo kontinuum Řada linek → zvolna se měnící comptonovské pozadí Po hranu se comptonovské pozadí příliš nemění Spektrum s jednou linkou – 137 CsSpektrum s řadou linek – 152 Eu

5 Pík jednoduchého a dvojného výletu Produkce páru elektronu a pozitronu → anihilace pozitronu → dva fotony 511 keV → jeden nebo dva z nich uniknou E SE = E – E A E DE = E – 2·E A kde E A = 511 keV Charakteristické KX záření materiálu detektoru Široký pík – řada různých přechodů na slupku K Významné pro nízké energie (významný fotoefekt) Linky výletu rentgenu E VR = E – E K E Kα (Ge) = keV E Kβ (Ge) = keV Anihilační pík – 511 keV – rozšířený (elektron a pozitron nejsou úplně v klidu) Uplatňuje se u nižších energií a malých objemů detektoru

6 První člen – zůstane na energii E Druhý člen – přibude na energii E („pile-up“ spektrum) ze součtu τ – „zpracování signálu“ τ N – „vytváření signálu“ Jedna linka → plocha sumačního píku za jednotku času: N SP = 2·τ·N 2 2) Korelované sumy - pravé koincidence (ze stejného rozpadu (reakce)) 1) Nekorelované sumy - falešné koincidence (nejsou ze stejného rozpadu (reakce)) „Pile-up efekty“ - sumace Závisí na rozpadovém schématu zdroje

7 Vliv okolního materiálu – pík zpětného rozptylu Comptonův rozptyl v hmotě okolo aktivního objemu detektoru – pozadí výraznější pík: 1) Píky plného pohlcení se přičítají na poměrně pomalu se měnící pozadí 2) Dobré energetické rozlišení (zvláště polovodičové) → jednotlivé píky zaujímají malý prostor Rozlišení slabých linek mezi intenzivními ↔ poměr píku ku Comptonovu pozadí Spektrum záření gama ze zdroje 60 Co s píkem zpětného rozptylu a sumačními píky

8 Obecné charakteristiky Pozorované spektrum ( S(E’) ) se převede na: E ≤ E´ Digitalizace analogového signálu: kde W k = W k 1 – W k 0 je šířka kanálu – předpokládáme konstantní F(E,E´) = G(E,E´) + B(E,E´) kde G(E,E´) – pohlcení veškeré energie B(E,E´) – neúplné převedení energie Oddělí se tak pozadí a píky úplné absorpce Pozadí se mění většinou zvolna (výjimkou jsou comptonovské hrany)

9 Máme diskrétní spektrum monoenergetických linek: kde a j, E j jsou intensity a energie j-té komponenty Naměřené spektrum: Po digitalizaci: Pro určení intenzit a energií využijeme analýzu píků úplného pohlcení. Aproximace Gaussovou křivkou (zanedbání vlivu přirozené šířky linky) U rentgenu nelze přirozenou šířku zanedbat → její popis Lorentzovou křivkou Celkově: konvoluce Gaussovy a Lorentzovy křivky Případně se přidávají různé typy skokové funkce nebo chvostu k nižším energiím (viz. dop. literatura) Pozadí se aproximuje lineární funkcí nebo vyšším polynomem, případně skokem

10 Určení účinnosti detektoru Účinnost do píku úplného pohlcení ε F Čistota spektra R = N F /N 0 N F - počet registrací v píku úplného pohlcení N 0 – celkový počet zaregistrovaných fotonů Celková účinnost ε T platí ε F = R·ε T Energetická kalibrace Příklad kalibrační křivky HPGe detektoru Kalibrační linky (etalony,standardy) měřené krystaldifrakčním spektrometrem: Společné měření kalibračního zdroje a měřeného zdroje Využití kaskád v rozpadovém schématu Certifikované kalibrační zdroje Podrobnosti viz. doporučená literatura Primární standard: 198 Au 411,8044(11) keV λ = 3010,7788(11) fm Stejně měřeny i 192 Ir, 169 Yb a 170 Tm – primární kalibrační zdroje E γ = f(k) polynom, většinou do druhého stupně Zobrazení log-log: log ε F = f(log E γ )

11 Určení absolutní aktivity Počet zachycených elektronů: n β = Aε β Počet zachycených fotonů gama: n γ = Aε γ Předpoklady – každý rozpad jedno beta a jedno gama konverzní koeficient zanedbatelný jeden detektor čistě pro elektrony (plynový) do druhého se dostanou jen fotony gama Počet koincidencí zachycení elektronu a fotonu: n c = A·ε β ε γ Pak absolutní aktivita zdroje je: 4π proporciální čítač NaI(Tl) Fotonásobič Zdroj nβnβ nγnγ ncnc

12 Oprava na nepřesnost v poloze a tloušťku zdroje: Oprava na samoabsorpci ve zdroji: Oprava na koincidence: Pokles intenzity gama vlivem absorpce (μ – linearní koeficient absorpce): Předpokládáme vzorek s homogenní tloušťkou D: korekční koeficient je: Vztah pro tělesný úhel: A tedy: Podrobnosti viz doporučená literatura a cvičení Podrobnosti viz doporučená literatura


Stáhnout ppt "Spektrum záření gama, jeho získávání a analýza 1) Spektrum záření gama a) Obecné vlastnosti b) Pík plného pohlcení c) Comptonovy hrany, Comptonovo kontinuum."

Podobné prezentace


Reklamy Google