Калибровка многоканального анализатора

(если нет другой пригодной к использованию уже существующей калибровки)

- Приведите блок гониометра и детектор на свои конечные положения на право.

- Вставьте диафрагменную трубку с отверстием 1 мм в выходное отверстие рентгеновской трубки.

- При включенном рентгеновском аппарате и запертой дверью, приведите детектор в положение 0°. Затем сдвиньте детектор на несколько десятых градусов от нулевой позиции, чтобы уменьшить полную скорость.

- Операционные данные вольфрамовой рентгеновской трубки: Выберите значения анодного напряжения U_A = 25 кВ и анодного тока I_A = 0,02 мА и подтвердите их, нажав на кнопку "Enter".

- Включите рентгеновское излучение

- В программе измерения “Measure”, выберите "Gauge" > "Multi Channel Analyser" («Устройство» - «Многоканальный анализатор»). Затем выберите "Settings and calibration" («Настройки и калибровка»). После нажатия кнопки "Calibrate" («Калибровать»), спектр может быть измерен. Скорость счета должны быть <300 имп/ с. Настройки калибровки энергии: -2- point calibration, -Unit = кэВ, Gain = 2 - Установите смещение, так что шумовые сигналы с низкой энергией были подавлены (обычно несколько процентов достаточно), см. рис 5.

- Время измерения: 5 минут. Используйте таймер в рентгеновской установке.

- Создайте две цветные реперные линии калибровки, совпадающие с центрами двух характерных рентгеновских линий. Соответствующие значения энергии (см. например, P2544701) Е (L₃M₅ / L₃M₄) = 8,41keV и E (L₂N₄) = 9,69 кэВ вводятся в соответствующие поля, в зависимости от цвета. Примечание: Поскольку разделение линий L₃M₅ и L₃M₄ невозможно, среднее значение обеих линий вводится как энергия линии.

- Укажите имя и сохраните калибровку.

Комптоновское рассеяние

Установите детектор на нулевой позиции и выберите следующий рабочий данные: диафрагма трубку с d = 1 мм, U_A = 30 кВ, I_A = 0,08 мА.

- Введите следующие параметры в поле "Control" в окне " Spectra recording ": - Gain = 2, – Offset = 5%, -X-Data = keV, -Interval width [channels] = 1.

- Запустите рентгеновскую трубку. Время измерения должно быть примерно 5 минут, так чтобы интенсивность K - пика равнялась примерно 200-300 импульсам. Принять данные и сохранить.

- Поместите из оборудования Комптона акриловое стекло (рассеивающий элемент) в держатель образца и установите его в положение 10°. Установите детектор в положение 20°.

- Теперь добавьте трубку с 5 мм отверстием и увеличьте эксплуатационные данные рентгеновской трубки UA = 30 кВ и IA = 0,3 мА.

- Начните измерение. Время измерения составляет примерно 10 минут. Интенсивность K -пика должна равняться примерно 200 импульсам. Остановите измерения с "Принятием данных".

- Оставьте рассеивающее акриловое стекло в своей позиции и выполняйте дополнительные измерения, изменяя угол детектора с шагом 10° до конечного значения 160°.

Анализ измеренных кривых

- Для определения энергии линии, перейти от панели display к curve display. Чтобы сделать это, нажмите кнопку "Display options", а затем "Interpolation and straight lines".

- Расширить соответствующее сечение лини с помощью функции масштабирования.

- Затем выберите сечение кривой с . Откройте окно "Function fitting ". Затем выберите "Scaled normal distribution".

- Найти центр тяжести линии нормального распределения с "Peak analysis " или определить его функцией "Survey ".

Задание 2: Определение энергии рассеянных акриловым стеклом фотонов Mo - L _α - линии в виде функции от угла рассеяния.

Рис.7 изображает часть рентгеновского спектра молибдена. Для определения, зависящего от угла смещения энергии рассеянного излучения, будет принято во внимание только L _α - линия высокой интенсивности.

Рисунок 8 показывает энергию Mo - L _α - линии для различных углов рассеяния ϑ.

Рис. 7 Часть рентгеновского спектра молибдена

Задание 3: Сравнение измеренных значений энергии рассеянных линий с расчетными значениями энергии.

В колонке B таблицы 1 приведены экспериментальные значения энергии вершин Mo - K _α - линии в зависимости от угла рассеяния (колонка A).

Для сравнения, в столбце C показаны значения энергии, рассчитанные с E ₁ (Mo-K _α) = 17,43 кэВ по формуле (1).

Рисунок 8 показывает пояснение содержания таблицы 1 в графической форме.

Рисунок 9 показывает примеры спектров Mo-K _α - линии в небольшом интервале энергий для различных углов рассеяния (линия при ϑ = 0° является нерассеянной K _α - линией). Видно, что энергия рассеянного излучения уменьшается, когда угол рассеяния увеличивается. Кроме того, можно видеть, что рассеяние на 90° приводит к низкой интенсивности рассеяния.

Рис. 8: Энергия K α - линии молибдена как функции угла рассеяния. Сплошная кривая: расчет с E 0 = 17.43 кэВ и уравнения (15) • = измеренные значения столбец B таблицы

Таблица 1: Энергия E ₂ рассеянных фотонов
в зависимости от угла рассеяния ϑ

A	B	C
ϑ/ °	E 2 (эксп.)/ кэВ	E 2 (теор.)/ кэВ
	17,39	17,394
	17,36	17,350
	17,32	17,290
	17,24	17,218
	17,15	17,134
	17,06	17,043
	16,95	16,947
	16,85	16,849
	16,75	16,752
	16,64	16,659
	16,55	16,572
	16,50	16,495
	16,44	16,429
	16,40	16,376
	16,32	16,337

Задание 4: Расчёт Комптоновской длины волны электрона и сравнение этого значения с соответствующим значением 90° рассеяния.

Для определения комптоновской длины λ _C на основе 90° рассеяния, уравнение (11) преобразуется с λ = h·c / E:

(16)

С E ₂ (90 °) = 16,85 кэВ (см. таблицу) и E ₁ (0 °) = 17.43 кэВ и эквивалентности 1 эВ = 1,602·10^-19 Дж, получается следующая, основанная на опыте, Комптоновская длина волны электрона: λ _C = 2.45 пм

 

Рис. 9: K _α - линии молибдена для различных углов рассеяния ϑ

Отчет по работе должен содержать.

22. Цель работы.

23. Краткую теорию эффекта Комптона.

24. Описание установки согласно рис. 1.

25. Результаты измерений (таблицы, графики).

26. Теоретические расчеты.

27. Сравнение расчетных и экспериментальных данных и определение ошибки.

28. Вывод.

Вопросы к отчету

4. Эффект Комптона.

5. Элементарная теория эффекта Комптона.

6. Описание установки.

Литература

9. Техническая документация и методические указания немецкой фирмы PHYWE (на английском языке).

10. Шпольский Э.В. Атомная физика. Т. 1. М., Наука, 1974.

11. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. V-1. М., Наука, 1986.

12. Методические пособия к лабораторным работам по курсу «Физический практикум (Атомная физика)».

Лабораторная работа № 6