Ph 13

Versuch

Gammaspektren

Äußerer Versuchsaufbau:
Der äußere Versuchsaufbau ist sehr einfach. Er besteht aus dem abgeschirmten Präparat, das man direkt vor die NaJ-Schicht des Szintillationszählers stellt.


Innerer Versuchsaufbau:
Beim Szintillationszähler wird die im NaJ - abgegebene Energie jedes γ-Quant proportional in einem der Registrierspeicher gezählt, deren Inhalt am Bildschirm ausgegeben werden kann.

Gamma-Spektrum von Cs-137
Das Isotop Cs-137 zerfällt beim β-Zerfall zu 93,5% aller Zerfälle zunächst in einen angeregten Zustand des Ba-137 Kern. Dieser geht bald darauf unter die Aussendung eines γ-Quants der Energie E = 662 keV in den Grundzustand über.

Das vom Szintillationszähler gezeigte Spektrum entnommen der schönen Seite des GGG zeigt aber nicht nur eine Linie bei 662 keV sondern noch viele andere Energien, die auf andere Wechelswirkung der Strahlung mit dem Szintillationskristall zurückzuführen sind und die im folgenden erläutert werden:

 

Der Fotopeak
Das Hauptmaximum bei 662 keV ist ziemlich scharf und wird Fotopeak oder auch Gesamtabsorptionslinie genannt. Dabei wird die Energie des eingestrahlten Photons vollständig durch Fotoeffekt und damit Vernichtung des Photons an den Kristall abgegeben.

Die Compton-Kante und das Compton-Gebirge
Führt das Photon mit quasifreien Elektronen des Kristalls einen Comptoneffekt durch, so gibt es nicht wie beim Fotoeffekt seine gesamte Energie an den Kristall ab, sondern einen Teil der Energie. Den Rest der Energie trägt das Photon fort. Die abgegebene Energie ist nach der Comptonformel abhängig vom Streuwinkel und bildet im Spektrum das Comptongebirge mit einer scharfen Kante an der energiereichen Seite, die zu einem Streuwinkel von 180° gehört.


Aufgabe:
Zeigen Sie dass die beim Comptoneffekt abgegebene Energie sich wie folgt berechnet:

und bestimmen Sie die Energie der Comptonkante!

Der Rückstreupeak
Führt das Photon mit Elektronen außerhalb des Kristalls, z.B. an der Rückwand der Präparathalterung Comptoneffekt durch und gelangt dieses Comptonphoton in den Szintillationskristall, so gibt es dort seine Energie oft wieder mittels Photoefekt ab. Dadurch ensteht bei dieser Energien nochmals ein etwas flacherer Peak.

Aufgabe:
Bestimmen Sie die Energien des Comtonphotons für Streuwinkel von 120° bis 180°.

 



Die K-Linien
Da bei den Aufnahmen des Spektrums Bleiabschirmung verwendet werden, ist im niederenergetischen Bereich zusätzlich die Röntgenfluoreszenzlinie von Blei zu sehen. Die Kα und die Kβ-Linie können dabei im Spektrum nicht aufgelöst werden, da sie zu dicht beisammen liegen.