Методика измерений

Для экспериментального определения числового фактора накопления (для плотности потока фотонов) необходимо проводить измерения потока фотонов в двух геометриях:

1. в геометрии узкого пучка – для регистрации не рассеянного излучения (рис.1);

2. в геометрии широкого пучка – для регистрации всего излучения (рис. 2).

Для избежания проблем, связанных с созданием узкой геометрии, можно использовать спектрометрический детектор, позволяющий одновременно регистрировать все фотоны, прошедшие через поглотитель, и независимо только те, которые прошли без взаимодействия и имеют энергию, равную начальной. Излучение регистрируется сцинтилляционным спектрометрическим детектором со сцинтиллятором NaI(Tl) толщиной 155 мм и диаметром 185 мм.

Импульсы в области пика полного поглощения обусловлены не рассеянными фотонами, т.е. не испытавшими столкновений в поглотителе. Полное число отсчётов под всем спектром несёт информацию об общем числе фотонов (рассеянных и не рассеянных), попавших в сцинтиллятор.

При используемой методике измерений кривые пропускания в широкой и узкой геометрии нормированы на одинаковый поток фотонов на поглотитель: .

Расчётная формула для фактора накопления такова:

,

где и – числа зарегистрированных импульсов в единицу времени (скорости счёта) соответственно во всём спектре и в области пика полного поглощения,

и - соответственные скорости счёта фона.

Некоторую погрешность в измерение вносит наличие порога регистрации детектора и порога срабатывания АЦП и уменьшение эффективности регистрации с ростом толщины поглотителя, т.к. при этом в спектре излучения растёт число фотонов с низкой энергией. Оба этих фактора занижают значение и, следовательно, .

Ход работы

1. Эксперимент

Выбранный материал – железо (A = 56, Z = 26, ρ ≈ 7,874 г/см³).

В процессе выполнения эксперимента была заполнена следующая таблица:

Табл. 1. Экспериментальные данные.

Количество пластин	Толщина поглотителя, мм
0	0	36641	70139	520	1982
1	4,2	31673	62431	467	1847
2	8,4	27420	55879	415	1754
3	12,6	23637	49806	429	1608
4	16,8	20651	44749	398	1529
5	21	17659	39600	358	1381
6	25,2	15525	35519	351	1350
7	29,4	13259	31334	351	1321
8	33,6	11365	27674	329	1200
9	37,8	9848	24399	327	1180
10	42	8483	21738	305	1140
11	46,2	7437	19272	322	1145
12	50,4	6458	17068	291	1066

Посредством программы «AccFactor» был произведён расчёт фактора накопления. Новые данные объединены в следующую таблицу.

Табл. 2. По программе «AccFactor»

Количество пластин	Толщина поглотителя, г/см2	Фактор накопления
0	0	1
1	3.3	1.03
2	6.6	1.06
3	9.9	1.09
4	13.2	1.11
5	16.51	1.15
6	19.81	1.18
7	23.11	1.21
8	26.41	1.24
9	29.71	1.28
10	33.01	1.31
11	36.31	1.35
12	39.61	1.39

В программе компьютерная лаборатория был промоделирован данный эксперимент со следующими начальными параметрами.

Материал	железо
Количество слоёв	12
Толщина мишени в ед. ДСП	2,135
Тип пучка	Изотропный, угол раствора 1̊
Тип излучения	Моноэнергетическое, 1,25 МэВ
Геометрия	барьерная
Радиус мишеней	22 см.
Радиус детектора	19 см.

Результаты моделирования.

Табл.3. По программе «PCLab»

Количество слоёв	Массовая толщина	Фактор накопления
1	3.3	1.276
2	6.6	1.517
3	9.9	1.681
4	13.2	1.915
5	16.51	2.185
6	19.81	2.415
7	23.11	2.714
8	26.41	2.828
9	29.71	3.108
10	33.01	3.385
11	36.31	3.573
12	39.61	3.73

Рис.1. Сравнение эксперимента и моделирования.

Как видно из графика, результаты имитации эксперимента имеют существенную расходимость с реально проведённым опытом. Это можно объяснить тем, что «Компьютерная лаборатория» не учитывает некоторых обстоятельств, занижающих значения фактора накопления. Возможно также, что нами были указаны неверные сведения о размерах пластин, детектора и угла излучения.