Physique atomique et nucléaire
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1. clic avec la touche droite de la souris s lec tionner talonnage nerg tique global cette entr e puis inscrire droite les nergies de la raie L de l Au 9 72 keV et de la raie Ka de du Mo 17 48 keV e Dans le menu contextuel du graphe s lectionner Calcul valeur principale du pic marquer la raie La de l Au petit pic gauche de la raie Lg de l Au elle aussi petite et inscrire le r sultat gauche dans l talonnage nerg tique par ex en le transf rant de la ligne d tat par glisser d poser e Pour finir d terminer le centre de gravit de la raie Ka du Mo grand pic et galement l inscrire gauche Faire passer la repr sentation sur nergie par ex par glisser d poser de EA vers le graphe Retirer le diaphragme affaiblisseur Monter le porte cible avec le support pour cible sur le goniom tre Mettre en place le corps de diffusion en plexiglas et le fixer R gler un courant d mission 1 00 mA ou le courant d mission d termin au pr alable lors de l valuation du taux de comptage et brancher la haute tension R gler l angle de la cible sur 20 et l angle du capteur sur 30 e Relever un nouveau spectre position 30 avec e Pour finir relever d autres spectres pour les angles 60 90 120 et 150 du capteur alors que l angle de la cible est constant Exploitation L nergie du rayonnement diffus diminue au fur et mesure que l angle de diffusion augmente L intensit d2. Faire passer le c ble de raccordement de l alimentation portable travers le canal vide de l appareil rayons X et le brancher la douille Mini DIN du d tecteur d nergie de rayonnement X e Fixer le porte capteur avec le d tecteur d nergie de rayonnement X mont au bras de capteur du goniom tre e Connecter la sortie du signal du d tecteur d nergie de rayonnement X la douille BNC SIGNAL IN de l appareil rayons X l aide du c ble BNC fourni e Faire en sorte que le c ble de raccordement soit ins r sur une longueur suffisante pour permettre le pivotement complet du bras de capteur e Appuyer sur le bouton poussoir SENSOR et r gler manuellement l angle du capteur sur 150 l aide du bouton de r glage ADJUST pour ce faire ventuellement d placer le goniom tre vers la droite e S lectionner la distance entre le d tecteur d nergie de rayonnement X et l axe de rotation de sorte que le bo tier du d tecteur soit la limite de masquer le faisceau de rayonnement X pour cet angle du capteur e Pousser ensuite le goniom tre vers la gauche jusqu ce que le bo tier du d tecteur soit la limite de toucher le collimateur circulaire distance d env 8 cm entre le collimateur circulaire et l axe de rotation e Brancher le Sensor CASSY l ordinateur et enficher l adaptateur AMC e Utiliser le c ble BNC pour relier la sortie SIGNAL OUT de la zone de connexion de l appareil rayons X l adap tateur AMC Pr
3. paration de l exp rience E Charger les param trages e Brancher l alimentation portable au r seau le t moin lumineux passe au vert au bout d env 2 min et le d tec teur d nergie de rayonnement X est op rationnel Pour une mesure exacte des faibles translations d nergie il importe de savoir que le calibrage du d tecteur d ner gie de rayonnement X se d cale l g rement pour des taux de comptage lev s ce pour quoi une limitation des taux de comptage jusqu 200 s semble donc toute indiqu e Evaluation du taux de comptage dans un arrangement de diffusion e Placer le corps de diffusion en plexiglas sur le support pour cible et le fixer e Appuyer sur le bouton poussoir TARGET et r gler manuellement l angle de la cible sur 20 l aide du bouton tournant ADJUST e R gler une haute tension du tube U 35 kV un courant d mission 1 00 mA et brancher la haute tension e Lancer le relev du spectre avec e Faire lentement varier l angle du capteur entre 150 et 30 puis relever chaque fois le taux de comptage global en haut droite dans la fen tre CASSY Lab e R duire le courant d mission si le temps de comptage global vient nettement d passer 200 s by LD DIDACTIC GmbH Leyboldstrasse 1 D 50354 Huerth www ld didactic com LD Lo nipacric Tel 49 2233 604 0 Fax 49 2233 604 222 E Mail info ld didactic de Technische nderungen vorbehalten 307 CASSY Lab 2 A
4. CASSY Lab 2 2013 06 07 P6 3 7 2 Physique atomique et nucl aire Effet Compton Mesure Rayons X d nergie des photons Effet Compton sur rayons X dispers s en fonction de l angle de diffusion Description tir e de CASSY Lab 2 Pour charger des exemples et des param trages merci de bien vouloir utiliser l aide de CASSY Lab 2 by LD DIDACTIC GmbH Leyboldstrasse 1 D 50354 Huerth www ld didactic com LD Lo oinacric Phone 49 2233 604 0 Fax 49 2233 604 222 E mail info ld didactic de Technical alterations reserved CASSY Lab 2 Effet Compton sur le rayonnement X N niie h i i LL TH H RONTGENGERAT ERAY APPARATUS Convient aussi pour Pocket CASSY Remarques de s curit L appareil rayons X est conforme de par sa conception et construction un dispositif rayons X destin l ensei gnement et un appareil de protection int grale r pondant aux r glementations sur les rayons X Il est homologu comme appareil rayons X l usage des tablissements scolaires et comme appareil de protection int grale con form ment au r glement allemand sur la radioprotection BfS 05 07 V Sch R V ou NW 807 97 R Gr ce aux dispositifs de protection et de blindage int gr s en usine le taux de dose hors de l appareil rayons X est r duit moins de 1 uSv h soit une valeur d un ordre de grandeur correspondant la dose d irradiation naturelle e V rifier le bon tat de l app
5. GmbH Leyboldstrasse 1 D 50354 Huerth www ld didactic com LD Lo nipacric Tel 49 2233 604 0 Fax 49 2233 604 222 E Mail info ld didactic de Technische nderungen vorbehalten 308 CASSY Lab 2 Au passage travers la mati re une part du rayonnement X est diffus et subit ce faisant un d placement d nergie effet Compton Le d placement d nergie peut se calculer en interpr tant le ph nom ne de diffusion comme une collision entre un photon X et un lectron libre au repos et en appliquant pour cette collision la conservation de l nergie et de l impulsion Remarque Une alternative consiste aussi comparer la mesure et la th orie sous la forme d une mod lisation avec le param tre de mod lisation libre A de la masse au repos du partenaire de collision des photons X En r sultat on obtient une valeur pour le param tre A qui co ncide en bonne approximation avec la masse au repos d un lectron libre au repos moc 511 keV by LD DIDACTIC GmbH Leyboldstrasse 1 D 50354 Huerth www ld didactic com LD LD DIDACTIC Tel 49 2233 604 0 Fax 49 2233 604 222 E Mail info ld didactic de Technische nderungen vorbehalten 309
6. IC GmbH Leyboldstrasse 1 D 50354 Huerth www ld didactic com LD Lo nipacric Tel 49 2233 604 0 Fax 49 2233 604 222 E Mail info ld didactic de Technische nderungen vorbehalten 306 CASSY Lab 2 de fr quence v4 donc d nergie E h v entre en collision avec un lectron libre initialement au repos et de masse m Le photon subit alors une diffusion d un angle En vertu de la conservation de l nergie et de l impulsion Compton calcula alors l nergie E2 du rayonnement diffus E 615 E c0 MC Dans la pr sente exp rience on r alise les tudes de Compton sur un corps de diffusion en plexiglas puis on com pare les r sultats obtenus avec l quation ci dessus Le d tecteur d nergie de rayonnement X est utilis pour relever le spectre Mat riel requis 1 Sensor CASSY 524 010 ou 524 013 1 CASSY Lab2 524 220 1 adaptateur AMC 524 058 1 appareil rayons X avec tube rayons X Mo 554 801 ou 554 811 1 accessoires pour l effet Compton X ray Il 554 8371 ou 554 837 1 d tecteur d nergie de rayonnement X 559 938 1 c bleHF 1m 501 02 PC avec Windows XP Vista 7 8 Montage exp rimental voir sch ma e Enficher le filtre en zircon livr avec l appareil rayons X du c t de l entr e des rayons du collimateur circulaire livr avec les accessoires pour l effet Compton X ray II e Monter le collimateur circulaire dans le logement du collimateur de l appareil rayons X e
7. areil rayons X avant de le mettre en marche et contr ler la coupure de la haute ten sion l ouverture des portes coulissantes voir mode d emploi de l appareil rayons X e Tenir l appareil rayons X l abri des personnes non autoris es Eviter toute surchauffe de l anode dans le tube rayons X Mo e Ala mise en marche de l appareil rayons X v rifier le bon fonctionnement du ventilateur dans la partie tube Le goniom tre est exclusivement r gl par le biais de moteurs pas pas lectriques e Ne pas bloquer le bras de cible ni le bras de capteur du goniom tre et ne pas forcer pour en modifier le r glage Description de l exp rience Au passage travers la mati re une partie du rayonnement X est dissip Selon l id e classique que l on a de cette diffusion la fr quence du rayonnement ne devrait pas changer Or en 1923 le physicien am ricain A H Compton observa une baisse de la fr quence pour une partie du rayonnement diffus Une explication de cette affirmation implique une tude de tout le processus de diffusion du point de vue de la phy sique quantique jusqu avoir la preuve de la nature corpusculaire ou particulaire du rayonnement X Par ailleurs on suppose que les lectrons diffus s sont libres ceci tant une bonne approche pour les couches lectroniques ext rieures des atomes avec des nergies dans le domaine des rayons X C est ainsi que lors d une diffusion un photon by LD DIDACT
8. daptation du taux de comptage du faisceau primaire e D monter le porte cible avec le support pour cible et positionner le capteur sur 0 e Placer le diaphragme affaiblisseur sur le collimateur circulaire et l orienter avec minutie avec les vis tourn es vers le haut et le bas e R duire le courant d mission 0 1 mA et brancher la haute tension e Lancer le relev du spectre avec e Par pas de 0 1 de part et d autre de 0 chercher l angle du capteur pour lequel le taux de comptage global d passe seulement l g rement les taux de comptage mesur s dans l arrangement de diffusion ventuellement l g rement modifier le courant d mission Si aucun taux de comptage n est mesurable ou bien seulement un taux faible e V rifier l orientation du diaphragme affaiblisseur avec les vis tourn es vers le haut et le bas ventuellement tourner de 18079 Proc dure exp rimentale Dans le bo tier de la photodiode PIN au silicium du d tecteur d nergie de rayonnement X le rayonnement X mesu rer g n re en plus un rayonnement de fluorescence X qui est lui aussi enregistr Dans le spectre primaire il faut donc aussi s attendre aux raies La et Lg de l Au en plus des raies Ka et Kg du Mo Ces raies permettent d effectuer l talonnage nerg tique des spectres E Charger les param trages e Relever le spectre primaire position 0 avec D e Ensuite ouvrir l talonnage nerg tique dans les param trages EA
9. u rayon nement diffus est la plus faible pour 90 Pour une exploitation ult rieure il est possible de zoomer le domaine autour des pics diffus s et de s lectionner Calcul valeur principale du pic pour chaque pic d cal en nergie A partir d un angle de diffusion 3 90 la r solu tion nerg tique du d tecteur suffit pour la s paration du pic non d cal diffusion lastique sur les lectrons forte ment li s et du pic d cal diffusion in lastique sur des lectrons quasi libres Seul le domaine du pic d cal en nergie devra tre marqu pour la d termination de la valeur principale du pic L nergie de chaque valeur principale du pic est transf r e avec son angle de diffusion dans la repr sentation Ex ploitation Pour ce faire l nergie peut tre transf r e de la ligne d tat vers le tableau par glisser d poser avec la souris L angle doit tre inscrit manuellement dans le tableau Afin de comparer les nergies mesur es avec les nergies calcul es partir des quations de conservation du mo ment et de l nergie il est possible dans la repr sentation Exploitation de s lectionner une mod lisation libre de l quation 17 48 1 17 48 1 cos x A avec la valeur initiale 511 constante z Zon i 2 i wo Le r sultat correspond la courbe th orique avec les param tres E 17 48 keV et mc 511 keV qui co ncide bien avec les valeurs mesur es by LD DIDACTIC
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