РОЗДІЛ 2
НАКОПИЧЕННЯ АПАРАТУРНИХ ГАММА-СПЕКТРІВ
Для дослідження продуктів ядерних реакцій (n, x) та (g, x) на основні та
ізомерні стани накопичувались апаратурні гамма-спектри, які і були джерелами
отримання інформації про ядра-продукти цих реакцій. Останні випромінювали
гамма-кванти в діапазоні енергій 100 кеВ – 3 МеВ та не потребували хімічного
виділення. Саме тому в рамках роботи для аналізу активності ядер-продуктів
реакцій використовувалася методика прямого вимірювання гамма-спектрів продуктів
активації без попереднього радіохімічного виділення з використанням
напівпровідникових гамма-спектрометрів.
2.1. Одиночний гамма-спектрометр
При взаємодії нейтронів, які мають енергію 14 МеВ, з атомними ядрами одночасно
може існувати декілька каналів ядерних реакцій [79, 173]. При розпаді
радіоактивних ядер, що утворюються в результаті ядерних реакцій, можуть
випромінюватись як гамма-кванти [26, 47, 79], так і інші частинки. Якщо
одночасно існує декілька каналів ядерних реакцій, а гамма-переходи відбуваються
між багатьма рівнями, то сумарний гамма-спектр носить досить складний характер.
Для дослідження таких спектрів доцільно використовувати напівпровідникові
детектори з високою роздільною здатністю. Застосування германій-літієвих
детекторів або детекторів, виготовлених з чистого германію, дозволяє надійно
визначати енергію гамма-переходів та інтенсивності гамма-ліній [51].
Для вимірювання гамма-спектрів ми використовували дифузійно-дрейфові Ge(Li)-
детектори типу ДГДК-100В та ДГДК-80Б або детектори на основі надчистого
германію (HPGe) з робочим об’ємом ~ 12 см3 та 110 см3 відповідно. Вибір таких
детекторів був обумовлений необхідністю дослідити певну ділянку гамма-спектру.
Детектори ДГДК-100В та ДГДК-80Б були використані в основному для попередніх
досліджень гамма-спектрів. HPGe- детектор з робочим об’ємом ~ 12 см3
використовувався для вимірювання гамма-спектрів в діапазоні від 50 до 600 кеВ.
HPGe- детектор з робочим об’ємом ~ 110 см3 - для вимірювання гамма-спектрів в
діапазоні від 150 до
2000 кеВ.
До складу гамма-спектрометра входив одноплатний аналізатор SBS-30 [174],
конструктивно розміщений у системному блоці персонального комп’ютеру. Кожен із
задіяних детекторів розміщувався в свинцевому захисті з товщиною 50 мм. На
рис.2.1 приведена блок-схема гамма-спектрометра з HPGe-детекторами. В цьому
випадку високовольтне живлення по високій напрузі здійснювалось окремим блоком.
У варіанті з Ge(Li)- детекторами живлення низькою і високою напругою
здійснювалось блоком одноплатного аналізатора.
Рис.2.1. Блок-схема гамма-спектрометра з HPGe детекторами
Вимірювання гамма-спектрів ядер продуктів активації проводилось при таких
умовах експерименту:
* відстань зразок-детектор складала від 7 мм до 10 см;
* товщина зразків складала від 10 мкм до 2 мм;
* діаметр фольг змінювався від 12 мм до 30 мм;
Експеримент проводився з використанням або без використання фільтрів з свинцю
чи вольфраму.
При калібруванні спектрометра було досліджено поведінку ефективності реєстрації
гамма-квантів в залежності від відстані від точкового джерела до детектора та
від положення точкового джерела відносно осі детектора. Такі дослідження
проведено як при наявності фільтра із свинцю або вольфраму, так і без
використання фільтра. Калібрування спектрометра виконувалось за допомогою
джерела 152Eu та набору зразкових стандартних джерел гамма-випромінювання. Для
кожної конфігурації джерело-детектор ми визначали енергетичну залежність повної
ефективності реєстрації гамма-квантів, ефективності реєстрації по піку повного
поглинання, ширини гамма-лінії. При цьому застосовано стандартні методики та
прийоми [71 ё 76, 195]. Повну ефективність реєстрації досліджували для
використання в розрахунках внеску від ефекту каскадного додавання
гамма-квантів.
Калібрування спектрометра по повній ефективності реєстрації проводилось з
похибкою Ј 1 %, по ефективності реєстрації для піку повного поглинання з
похибкою Ј 3 % в діапазоні енергій гамма-квантів (100ё300) кеВ та з похибкою Ј
1,5 % для енергій > 300 кеВ. За роздільною здатністю і ефективністю Ge(Li)-
детектори ДГДК-100В та ДГДК-80Б майже не відрізнялись. На обох було досягнуто
роздільної здатності 3 кеВ по гамма-лінії 1332 кеВ 60Со. При роботі з HPGe-
детектором більшого об’єму було отримано роздільну здатність 2,1 кеВ для
енергії гамма-квантів 1332 кеВ 60Со і 1,2 кеВ для - 122 кеВ 152Eu. З HPGe-
детектором меншого об’єму гамма-спектрометр був настроєний на роздільну
здатність 0,7 кеВ по g122 кеВ 152Eu.
Антикомтонівський гамма-спектрометр
Дослідження складних гамма-спектрів, які відрізняються широким діапазоном
інтенсивності гамма-ліній, потребує використання спектрометричної техніки з
активним подавленням фону. Це особливо важливо в тих випадках, коли
інтенсивність слабких низькоенергетичних гамма-ліній порядку статистичної
похибки, обумовленої комптонівським розподілом. В таких випадках доцільно
застосовувати антикомптонівські спектрометри [176 ё 178]. Нами було використано
антикомптонівський гамма-спектрометр, розроблений на кафедрі ядерної фізики
Київського національного університету імені Тараса Шевченка [179].
При вимірюваннях використана “внутрішня” геометрія радіоактивного джерела
(рис.2.2). Центральним детектором при вимірюваннях слугував напівпровідниковий
Ge(Li)- детектор типу ДГДК-100В.
Калібрування центрального Ge(Li)- детектора здійснювалось за допомогою
зразкових стандартних джерел гамма-випромінювання. При цьому визначали
енергетичну залежність ефективності реєстрації гамма-квантів по піку повного
поглинання, що
- Киев+380960830922