Versuch 1.8 Einkanalspektrometer

Gammaspektroskopische Bestimmung eines unbekannten Nuklids

1. Grundlagen.

Die Grundlagen sind in den Anleitungsblättern zu Versuch 1.7 ausführlich beschrieben. Die Tatsache, daß die Spannungsimpulse im Spektrometer proportional der absorbierten Strahlenenergie sind, kann zur Spektroskopie von Gammastrahlung ausgenutzt werden.. Dazu ist es nötig, die Impulshöhenskala bezüglich der Energie zu kalibrieren. Dies ist leicht möglich, indem einige bekannte Gesamtabsorptionslinien (kurz Photolinie oder Photopeak genannt) einiger bekannter Kalibrierstrahler, die den interessierenden Energiebereich überdecken, aufgenommen werden. Es ergibt sich im benutzten Energiebereich ein nahezu linearer Zusammenhang zwischen Impulshöhe und Energie.

2. Apparatur.

Es wird ein Szintillationsspektrometer wie in Versuch 1.7 benutzt. Wegen einiger Unterschiede der Spektrometer benutzt jede Arbeitsgruppe dasselbe Spektrometer wie in Versuch 1.7.

3. Aufgaben:

3.1 Kalibration.

Das Einkanal - Szintillationsspektrometer ist mit Hilfe der genau bekannten Emissionslinien der Nuklide hinsichtlich des Zusammenhangs zwischen Impulshöhe bzw. Energie zu kalibrieren. Man benutze die Gesamtabsorptionslinien (Photopeaks) der folgenden Linien:

Co - 60 Wg1 = 1.33 MeV

Wg2 = 1.17 MeV

Cs - 137 Wg = 0.66 MeV

Am - 241 Wg = 0.06 MeV

3.2 Die Kalibriergerade ist zu ermitteln, und auf Millimeterpapier zu zeichnen.

3.3 Bestimmung eines unbekannten Radionuklids.

Bei unveränderter Einstellung der Apparatur ist das Spektrum eines

unbekannten Radionuklids (vollständig) aufzunehmen. Man bestimme die Energien der dominierenden Photopeaks und versuche das Nuklid anhand der gefundenen Gammaenergien mit Hilfe einer Tabelle zu bestimmen.

Das Spektrum des unbekannten Nuklids ist sorgfältig auf

Logarithmenpapier zu zeichnen. Man verwende ein Papier DIN A4 mit 4

Dekaden logarithmisch auf der Ordinate und linearer Abszisse. Die

Abszisse wird den Prozentzahlen zugeordnet.

4. Versuchsdurchführung

Die wählbaren Einstellarbeiten am Spektrometer sind im wesentlichen:

1. Hochspannung des PSEV

2. Verstärkereinstellung

Durch geeignete Wahl dieser Parameter (Vorsicht mit Der Hochspannungseinstellung, bei manchen Spektrometern kann eine zu hohe Spannung den PSEV zerstören) ist der zur Verfügung stehende Impulshöhenbereich (je nach Spektrometertyp 0...2 Volt oder 0...10 Volt) durch die hochenergetischen Photopeaks der Co-60 Strahlung auszusteuern. Dies besagt, das z.B. die Impulse der 1,33 MeV Strahlung etwa bei 90 % des zur Verfügung stehenden Impulshöhenbereichs liegen sollten. Die einmal festgelegten Werte von Hochspannung und Verstärkereinstellung sind zu notieren und während des ganzen Versuchs konstant zu halten. Die Justierung erfolgt sinnvollerweise mit einem Oszillografen.

Nachdem man die beiden Photopeaks des Co-60 ausgemessen hat (Fensterbreite etwa 1% des Spannungsbereichs, Schrittweite gleich Fensterbreite), wechselt man das Co-60 Präparat bei unveränderter Spektrometereinstellung nach und nach gegen die anderen Kalibrierstrahler zur Energiekalibrierung aus. Die Ausmessung der in 3.1 angegebenen Photopeaks genügt für eine gute Kalibrierung. Durch Variation der Entfernung Meßkopf - Präparat stelle man jeweils in etwa gleiche Zählraten ein.

Die Meßwerte werden notiert und sofort in ein Diagramm übertragen. Die Flächenschwerpunkte der Photopeaks bestimmen die zu den Gammaenergien gehörenden Impulshöhen bzw. Spannungen. Durch Zuordnung dieser Werte zu den Gammaenergien auf einem Millimeterpapier DIN A4 zeichne man die Kalibriergerade. Liegen keine Fehler vor, ergibt sich ein linearer Zusammenhang ab 0,1 MeV.

Erst danach und nach Rücksprache mit dem Prof. Wird das Impulshöhenspektrum eines unbekannten Gammastrahlers ausgemessen, graphisch dargestellt und die Energien der Photopeaks mit Hilfe der Kalibriergerade bestimmt. Mit ausliegenden Tabellenwerken, die die wichtigsten Energien von Gammastrahlern, geordnet nach aufsteigenden Energien, als Funktion der zugehörigen Radionuklide angeben, ist das unbekannte Nuklid sofort zu bestimmen.

Hinweis: Halbwertszeit größer als ein Monat!

5. Auswertung

Zuhause führe man nach Möglichkeit eine Regressionsanalyse für die Kalibriergerade durch. Man schätze damit die Fehler ab und gebe für die gemessenen Energien des unbekannten Strahlers Fehlerbreiten an. Alle im Labor skizzierten Diagramme sind nochmals sauber zu zeichnen.

6. Fragen

Nach Bestimmung der Halbwertsbreiten der Peaks kann man eine Kurve Halbwertsbreite = f(Energie) zeichnen. Danach beantworten Sie bitte die Frage: Ein Nuklid emittiert in gleicher Intensität Photonen der Energien:

W_g1 = 0.12 MeV

W_g2 = 0.13 MeV

W_g3 = 0.90 MeV

W_g4 = 0.98 MeV

Welche Impulshöhenverteilung würde man mit einem Szintillationsspektrometer messen? Wieviel Peaks und bei welcher Energie?

Welche Begrenzungen ergeben sich dadurch?

7. Strahlenschutzhinweis

Die Präparatestärken aller verwendeten Strahler liegen in der Größenordnung von 10⁴ bis 10⁵ Bq. Es sind daher keine besonderen Vorsichtsmaßnahmen erforderlich.