Zjawisko Comptona

Wykonanie ćwiczenia

Pomiary wykonuje się za pomocą dwóch detektorów scyntylacyjnych NaJ ruchomego i nieruchomego (patrz rys. 6 i 7).
Elektrony comptonowskie powstające w scyntylatorze (element 3 na rys. 6) wywołują błyski i są rejestrowane przez fotopowielacz, natomiast rozproszone kwanty $\gamma$ z dużym prawdopodobieństwem mogą opuścić scyntylator. Druga, ruchoma sonda (element 2 na rys. 6) ma za zadanie rejestrować te właśnie kwanty. Obie sondy pracują w koincydencji. Jednoczesne pojawienie się impulsów na wyjściach obu detektorów z wysokim poziomem ufności pozwala uważać koincydencję za akt związany z efektem Comptona. Zastosowanie techniki koincydencyjnej w istotny sposób obniża tło pomiarów.

Idea pomiarów koincydencyjnych
Ich istota polega na tym, by rejestrować tylko jednocześnie (w praktyce w odstępie mniejszym niż tzw. czas koincydencji) pojawiające się na obu detektorach impulsy: impuls na scyntylatorze nieruchomym pochodzący od elektronu comptonowskiego i impuls na scyntylatorze ruchomym pochodzący od rozproszonego kwantu $\gamma$.

Rysunek 6. Geometria pomiarów: 1 – pojemnik ze źródłem promieniowania oraz kolimator, 2 – sonda ruchoma, 3 – sonda nieruchoma 1.

Rysunek 7. Zdjęcie mechanicznej części układu wraz z detektorami 2. W detektorze D1 zachodzi efekt Comptona, rozproszony kwant gamma opuszcza detektor, natomiast elektron zostanie zarejestrowany przez licznik scyntylacyjny. Detektor D2 można obracać wokół detektora D1. Detektory pracują w układzie koincydencyjnym.
Sygnały z obu liczników scyntylacyjnych trafiają na wejścia wzmacniaczy spektrometrycznych. Każdy wzmacniacz ma dwa wyjścia: analogowe i cyfrowe.
Na podstawie sposobu narastania wzmacniacz identyfikuje pochodzący ze scyntylatora impuls. Jeśli impuls zostanie zidentyfikowany jako pochodzący od żądanego zjawiska, następuje dalsza obróbka sygnału. Przez wejście cyfrowe do detektora koincydencji trafia sygnał mówiący o tym, że w danym detektorze zaobserwowano scyntylację. W tym samym czasie wzmacniacze zwiększają amplitudy rejestrowanych pików i nadają im korzystniejszy dla dalszej obróbki kształt, a następnie sygnały (analogowe) są kierowane do przetwornika Multiport A/D.
W detektorze koincydencji podejmowana jest decyzja czy koincydencja zaszła czy nie – różnica w czasie między wystąpieniami pików na obu detektorach musi mieścić się w przedziale zwanym czasem koincydencji. Jeśli koincydencja zaszła, to do przetwornika A/D wysyłana jest informacja o tym i przetwarzane są sygnały analogowe pochodzące ze wzmacniaczy. Sygnał z przetwornika A/D przesyłany jest do komputera klasy PC. Zebrane dane analizowane są za pomocą dedykowanego oprogramowania.

Wykonanie pomiarów
Aparatura pomiarowa jest obsługiwana za pomocą dedykowanego oprogramowania.
Pomiary z preparatem$^{137}Cs$ należy wykonywać dla kątów $\theta$: $60\deg$,$90\deg$,$120\deg$,$140\deg$. Ze względów technicznych zmieniając położenie ruchomej sondy należy wprowadzać ujemne wartości kątów.

Sposób wykonania ćwiczenia ilustruje poniższy film.

Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
(Program Operacyjny Kapitał Ludzki)
Copyright © 2009-2011 Internetowe Laboratorium Fizyki