Практикум по Medipix

Medipix представляет собой семейство микросхем для обнаружения и обработки высококонтрастных изображений частиц, разработанное одноименной коллаборацией. Концепция Medipix заключается в том, что детектор работает как камера, регистрируя каждую отдельную частицу, попадающую на пиксельную матрицу, когда открыт электронный затвор устройства. Это позволяет получать изображения с высоким разрешением, высокой контрастностью и низким шумом.

Практикум построен на образовательном комплекте, разработанном чешской компанией Jablotron в сотрудничестве с Институтом экспериментальной и прикладной физики (Institute of Experimental and Applied Physics, IEAP) Чешского технического университета в Праге. Для визуализации и обработки данных детектора используется разработанное IEAP программное обеспечение Pixelman.

Основная задача практикума — научить студента работать с пиксельным детектором, задавать параметры измерения, визуализировать и анализировать полученные данные. Кроме того, в результате выполнения практикума закрепляются имеющиеся знания об основах ядерной физики. Таким образом, практикум полезен для широкого круга студентов и специалистов, работающих в области ядерной физики и физики частиц — как инженеров, так и научных работников.

Для успешного выполнения практикума студент должен знать основы:

физики и математики (на уровне школьной программы)
работы с компьютером: MS Windows, MS Office, желательно уметь работать с графиками в MS Excel или Origin.

Перед выполнением лабораторных работ студенты обязаны пройти инструктаж по технике безопасности и радиационной безопасности.

Структура практикума:

1. Введение Результат: общее представление об ионизирующих излучениях (радиоактивный распад, виды излучений, классическая и релятивистская физика).
2. Знакомство с детектором Результат: общее представление об основных типах детекторов элементарных частиц и детекторе Medipix MX-10. Навыки работы с программой Pixelman. Общее представление об используемых в практикуме источниках излучения.
3. Знакомство с маломощными радиоактивными источниками Результат: представление о процессах распада, происходящих в каждом из трёх источников (урановое стекло, ториевый стержень, сульфат калия). Закрепление навыков работы с программой Pixelman.
4. Знакомство с америциевым источником (²⁴¹Am) Результат: общее представление о процессах распада, происходящих в америциевом источнике. Понятие коллимации пучка частиц.
5. Потери энергии альфа-частиц в воздухе Результат: понятие о механизме потерь энергии альфа-частиц в воздухе. Понятие среднего пробега. Навык расчета пробега. Зависимость длины пробега от энергии частицы. Удельные потери энергии.
6. Потери энергии альфа-частиц в полиэтилене и алюминии Результат: понятие о том, как альфа-частицы взаимодействуют с веществом. Навык оценки толщины вещества по потерям энергии альфа-частиц.
7. Гамма-излучение от ²⁴¹Am Результат: углубленное представление о процессах распада, происходящих в америциевом источнике. Представление о механизме регистрации гамма-излучения детектором, понятие вероятности регистрации фотона в зависимости от его энергии. Понятие сечения взаимодействия, навык оценки сечения.
8. Применение гамма-излучения Результат: Общее представление о рентгенографии. Навык расчета линейного коэффициента ослабления гамма-излучения. Общее представление о рентгенофлуоресцентном анализе (РФА).
9. Естественная радиация Результат: общее представление о естественной радиации и основных ее источниках. Радон вокруг нас.
10. Радиоактивные источники ОСАИ, ОСГИ, ОРИБИ Результат: общее представление о радионуклидах Pu-239, Na-22, Co-60, Cs-137, Sr-90 и их рядах распада. Общее представление о движении бета-частиц в магнитном поле.

Полный курс рассчитан на 1 неделю. Однако продолжительность работ существенно зависит от уровня и базовых навыков студента. В зависимости от этого может варьироваться количество лабораторных работ в курсе. Возможно также сократить курс, убрав часть работ.