Dolet a -častíc emitovaných rádioaktívnymi prvkami pri normálnom tlaku a teplote 15^oC približne určuje empirický vzťah:
 

(7.2)

Energia potrebná na vznik jedného páru iónov pre rozličné plyny (v prípade polovodičového detektora párov elektrónov a dier) sa veľmi nelíši. Počet iónových párov N, ktoré vznikajú na jednotkovej dĺžke dráhy nabitej častice, je určený vzťahom:
 

(7.3)

kde w_i je stredná hodnota energie, ktorú treba na vznik iónového páru (vo vzduchu w_i sa približne rovná 34,7 eV, pre polovodičový detektor Si je energia ionizácie 3,66 eV). Každá a -častica emitovaná rádioaktívnymi látkami vytvorí na svojej dráhe vo vzduchu (v citlivej vrstve polovodiča) rádovo 10⁵ iónových párov (párov elektrón diera). Počet iónových párov (párov elektrón diera) utvorených nabitou časticou na dráhe s jednotkovou dĺžkou nazývame lineárna ionizácia. Meraním priebehu lineárnej ionizácie dostaneme tzv. Braggovu krivku, ktorá vyjadruje závislosť ionizácie od tzv. zvyškového doletu. Zvyškový dolet je vzdialenosť od meraného bodu do konca doletu častice alfa. Ideálny priebeh je na obr. 7.1.
 

Obr. 7.1. Závislosť ionizácie od zvyškového doletu

Keďže namerať hodnoty lineárnej ionizácie pozdĺž dráhy jedinej častice je veľmi náročná úloha, často sa meria (aj v tejto úlohe) ionizácia plynu (v citlivej vrstve polovodiča) pozdĺž dráhy celého zväzku alfa častíc, čiže sa určuje celkový ionizačný prúd (v polovodičovom detektore celková početnosť zaregistrovaných udalostí). Potom však tvar krivky je zmenený vzhľadom na ideálnu Braggovu krivku pre jednu časticu (obr.7.2), a to z dvoch príčin:
 

a.	prejaví sa vplyv rozptylu doletov alfa častíc (v rozsahu asi 3 až 4 %)
b.	v našom prípade nie je splnená podmienka, že energia alfa častice pri výstupe je rovnaká, lebo preparát nie je ideálne tenký, ale má istú hrúbku, teda častice emitované zo spodných vrstiev sa čiastočne zabrzdia už v preparáte.

Charakteristické hodnoty Braggovej krivky sú:
 

1.	Stredný dolet alfa častíc (OC na obr. 7.2) - úsečka priemetu inflexného bodu klesajúcej časti Braggovej krivky. Tejto hodnote zodpovedá dĺžka doletu maximálneho počtu alfa častíc vo vzduchu.
2.	Extrapolovaný dolet alfa častíc (OB na obr.7.2) - úsečka priesečníka dotyčnice krivky v jej inflexnom bode s osou úsečiek.

 

Obr. 7.2. Braggova krivka - závislosť celkového ionizačného prúdu od vzdialenosti preparátu

Pracovné úlohy:

1. Odmerať a vytlačiť na tlačiarni závislosť detektorom zaregistrovaných udalostí N=f(d) od hrúbky d vzduchovej vrstvy pre alfa častice emitované z rádioaktívneho preparátu (²⁴¹Am).

 
2. Z grafu stanoviť hodnotu extrapolovaného doletu.

 
3. Stanoviť stredný dolet a zo vzťahu (7.2) vypočítať energiu emitovaných alfa častíc.

Poznámka:

Úloha bola vo svojom prvom variante (s inými prístrojmi) postavená tak, že používala metódu relatívneho merania ionizačných prúdov pomocou jednovláknového elektrometra, čo je vlastne prúdová ionizačná komôrka. Po pokazení vlákna elektrometra bola úloha zdokonalená a na meranie sa použil polovodičový detektor s iným držiakom žiariča. Preto sa v úvodnej časti výkladu spomínajú údaje pre dva varianty detektora: ionizačnú komôrku a v zátvorke (polovodičový kremíkový detektor.)
 
 

Obr. 7.2b. Ilustračné spektrum alfa žiariča Am241 - odmerané pomocou polovodičového detektora z dobrým rozlíšením.

 
 

Doporučený postup pre prípravu aparatúry na meranie.
 
 

1.	Nastaviť na detektore pracovné napätie Uvn podľa doporučenia výrobcu.
2.	Nastaviť na súprave vhodné prahové napätie Udd a vhodné zosilnenie šírku kanála DU=25 mV (0,5% z 5V).
	a.	Na kontrolu/výber prahového napätia Udd by som doporučil použiť napríklad program pre meranie diferenciálneho spektra v 200 kanálovom analyzátore (z úlohy 15), alebo obdobnú ponuku 3 z programu k úlohe 5. V tomto programe stačí odmerať spektrum pozadia (bez prítomnosti žiariča) pre cca 15 kanálov, aby bolo jasné kde sa končí úroveň šumov a pozadia, ktorá by mohla nepriaznivo ovplyvňovať výsledky merania doletu.
	b.	Pomocou zosilnenia na súprave - zos možno ovplyvniť rozsah meraných amplitúd impulzov, ktoré vstupujú na diskriminátor súpravy RFT 20046. Na kontrolu správne nastaveného zosilnenia v rámci celkovej kontroly fungovania aparatúry by som doporučil porovnať početnosť zaregistrovaných udalostí s malou hrúbkou absorbátora a s maximálnou možnou hrúbkou absorbátora (Ako absorbátor v danom prípade slúži vrstva vzduchu.). Pri správne nastavenom zosilnení a správne zvolenou diskriminačnom prahu by celkový počet zaregistrovaných udalostí pri maximálnej hrúbke absorbátora (vzduchovej vrstvy) mal byť veľmi malý (rádove jednotky impulzov).
3.	Pred vlastným integrálnym meraním závislosti detektorom zaregistrovaných udalostí N=f(d) od hrúbky d vzduchovej vrstvy by som doporučil (pomocou ponuky 1 programu k úlohe 5 - Porovnávacie meranie 2 spektier) sa najprv presvedčiť o tom ako sa zmenšuje amplitúda a počet zaregistrovaných impulzov, ktoré prislúchajú zaregistrovaným udalostiam .
4.	Na meranie detektorom zaregistrovaných udalostí N=f(d) od hrúbky d vzduchovej vrstvy by bolo možno použiť integrálny (ponuku 2) alebo diferencialny spôsob (ponuku 3 - obdoba merania na mnohokanálovom analyzátore). Z dôvodov menšej časovej náročnosti však použijeme spôsob z ponuky 2. Na základegrafu integrálnym spôsobom odmeranej závislosti (korigovanej počítačom na priestorový uhol) N=f(d) určíme dolet častíc alfa a tiež skontrolujeme energiu emitovaných alfa častíc z rádioaktívneho preparátu (241Am).

 

U5/7	Pomoc pri obsluhe programu.

Tento program poskytuje možnosť automatizovaného merania, zberu dát a následného spracovania údajov, odmeraných pomocou polovodičového detektora a 200 kanálového analyzátora RFT - ROBOTRON 20046. (V úlohe sa používa driftovaný kremíkový detektor s p-i-n štruktúrou (s firemným označením RFT - ROBOTRON MkD typ 70 344), v ktorom citlivý objem detektora tvorí i - vrstva o hrúbke 3 mm vysokoodporového polovodiča s výlučne vlastnou vodivosťou. Detektor má vstupné okno o ploche 200 mm² so zlatej folie. - bližšie podrobnosti o polovodičových detektoroch možno nájsť v texte úlohy č. 5 skrípt M.Florek: Praktikum 4, MFFUK, 1988.)
 

Ponuka programu :
 
 

1.	Porovnávacie meranie 2 spektier
2.	Dolet častíc alfa integrálnym spôsobom..
3.	Dolet častíc alfa diferencialnym spôsobom.
4.	Tlač výsledkov.
5.	Help.
6.	Koniec programu.

Ponuka má na rozdiel od ostatných programov tri odlišné možnosti voľby, ktoré sú opísané podrobnejšie v ďalšom texte.

1.	Porovnávacie meranie 2 spektier.

Táto ponuka umožňuje si overiť vlastnosti detektora s aparatúrou RFT - ROBOTRON 20046 napr. na základe:
 
 

	odmerania spektra od žiariča a spektra od pozadia;
	odmerania spektra žiariča pri rôznych vzdialenostiach žiarič -detektor ;
	odmerania spektier 2 rôznych žiaričov (napr. Am a Am + Pu) a tak si zjednodušiť identifikáciu neznámeho žiariča;
	odmerania spektier žiariča s objemom komôrky naplnenej vzduchom a odčerpanou komôrkou, resp. pri rôznych vzdialenostiach žiariča od detektora.

 
 
 

Obr.7.3. Príklad merania s využitím tejto ponuky programu a síce zobrazenie meraní 2 spektier od žiarča Am241 pri vzdialenosti žiarič detektor 5 mm a 15 mm (Uvn=360V). Za povšimnutie stojí posuv polohy píku a zmena tvaru píku so zmenou vzdialenosti. Pre nastavenie parametrov pri vašom meraní môže byť si vhodné si povšimnúť nastavenie diskriminačnej hladiny, od ktorej sa začína vykonávať meranie (Udd >=8 kanálov). Pri nižšej diskriminačnej hladine totiž početnosť od šumov môže byť omnoho väčšia ako je veľkosť meraných pikov a v dôsledku programom nastavovanej automatickej mierky pri zobrazovaní budú piky veľmi malé a obrázok nebude dobre ilustrovať meraný fyzikálny efekt.

[Návrat]

2.	Dolet častíc alfa integrálnym spôsobom.

Táto ponuka umožňuje odmerať závislosť detektorom zaregistrovaných udalostí N=f(d), (pri vhodne nastavených parametroch: diskriminačnej hladine U_d , pracovnom napätí detektora U_vn, zosilnení Zos súpravy RFT-ROBOTRON 20046 ) od vzdialenosti žiarič - detektor.

Vzdialenosť detektor - žiarič sa mení tak, že na polovodičový detektor sa nasunie valcovitý nástavec, ktorý slúži ako držiak na vkladanie dištančných valčekov o hrúbke 5 mm a 1 mm (čo umožňuje rôzne kombinácie pre nastavenia potrebnej vzdialenosti). Minimálna vzdialenosť d pri uložení žiariča priamo na detektor nie je 0 mm ale d = d₀ = 1,4 mm, v dôsledku existencie ochranného prstenca detektora. Pri vzďaľovaní detektora od žiariča treba vykonať geometrickú korekciu registrovaných častíc alfa, v dôsledku zmeny priestorového uhla, ktorého veľkosť:
kde :

kde :
	r = 8 mm je polomer okna detektora;
	d = dx + d0 vzdialenosť detektor - žiarič zväčšená o d0, takže do počítača stačí zadávať len skutočnú hrúbku válčeka dx . Pri úvahách o dolete častíc alfa potom treba pripočítať k hodnote doletu ešte vzdialenosť d0.

Potom po odmeraní závislosti detektorom zaregistrovaných udalostí N rozpadov častíc alfa, v závislosti od vzdialenosti d, je treba dolet častíc alfa určiť z korigovanej závislosti N _k = f (d) nameraného počtu N, podľa priestorového uhla W , ktorý prislúcha danej vzdialenosti detektor - žiarič:
 

Z grafu závislosti N _k = f (d) možno určiť:
 

	stredný dolet Rs ( ako inflexný bod závislosti Nk = f(d) => vzdialenosť OC na obrázku 7.2);
	extrapolovaný dolet Re ( priesečník dotyčnice krivky (v inflexnom bode Nk(Rs) s osou d => vzdialenosť OB na obrázku 7.2);
	maximálny dolet Rm( priesečník závislosti Nk = f (d) s osou d => vzdialenosť OA na obrázku 7.2).

 

Obr. .7.4. Príklad merania vykonaného na základe ponuky 2. Pozor !! Pri tomto meraní treba mať nastavené vhodné dolné diskriminačné napätie Udd - čo najnižšie, aby akurát boli odrezané elektronické šumy!!! Častica alfa totiž na konci svojej dráhy (pred zastavením) má už malú kinetickú energiu a v dôsledku toho uvoľní v detektore len malý počet nosičov náboja a teda amplitúda impulzov bude malá. Pri nastavení neodôvodnene vysokej diskriminačnej hladiny by boli tieto impulzy oddiskriminované, t.j. neboli by zarátané do meranej početnosti impulzov a tým by sme dostali kratší dolet častíc alfa ako je v skutočnosti.

[Návrat]

3.	Dolet častíc alfa diferenciálnym spôsobom.

Táto ponuka umožňuje odmerať jednak spektrum alfa žiariča, (pri vhodne nastavených parametroch: začiatočnej diskiminačnej hladine U_d a kroku DU_d , pracovnom napätí detektora U_vn, zosilnení súpravy RFT - ROBOTRON 20046 Zos ) pri určitej vzdialenosti žiarič - detektor. Na základe takto odmeraných spektier pri rôznych vzdialenostiach podobne ako pri voľbe 2 (program totiž spočíta aj súčet udalostí vo všetkých kanáloch spektra) možno získať závislosť N_k = f(d) a rovnakým postupom určiť dolet častíc alfa. Prednosťou tohto, možno pomalšieho, postupu je informácia o zmene tvaru spektra so zväčšujúcou sa vzdialenosťou. Táto voľba umožňuje vytlačiť výsledky merania buď okamžite po skončení príslušného merania alebo až celkom na záver praktika spoločne všetko týkajúce sa úlohy číslo 5.

[Návrat]