Measurement of the $${}^{212}{\mathrm{Po}}$$, $$^{214}\hbox {{Po}}$$ and $$^{212}\hbox {{Pb}}$$ half-life time with Timepix3

Abstract

Abstract The half-life times of the relatively short-lived $$\alpha $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mi>α</mml:mi> </mml:math> -decaying isotopes $$^{212}\hbox {{Po}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mrow/> <mml:mn>212</mml:mn> </mml:msup> <mml:mtext>Po</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> and $$^{214}\hbox {{Po}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mrow/> <mml:mn>214</mml:mn> </mml:msup> <mml:mtext>Po</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> were measured with a hybrid pixel detector of Timepix3 technology. Radon daughter products were collected at the backside of a 1 mm thick silicon sensor so that subsequent decays inject the polonium isotopes of interest shallowly into the backside of the sensor. The detector’s high spatial and time resolution allow for particle identification and application of the delayed coincidence technique with low systematic uncertainty even at high rates. We find $$t_{1/2}^{^{212}{\hbox {Po}}} = ( 295.02 \pm 0.18{_{\mathrm{stat.}}} \pm 0.17_{\mathrm{syst.}} )\,\hbox {ns}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi>t</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mrow/> <mml:mn>212</mml:mn> </mml:msup> <mml:mtext>Po</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>295.02</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.18</mml:mn> <mml:msub> <mml:mrow/> <mml:mrow> <mml:mi>stat</mml:mi> <mml:mo>.</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0</mml:mn> <mml:mo>.</mml:mo> <mml:msub> <mml:mn>17</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mi>syst</mml:mi> <mml:mo>.</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mspace/> <mml:mtext>ns</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> and $$t_{1/2}^{{}^{214}\mathrm{Po}} = ( 163.64 \pm 0.038{_{\mathrm{stat.}}} \pm 0.093_{\mathrm{syst.}} )\,\upmu \hbox {s}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi>t</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mrow/> <mml:mn>214</mml:mn> </mml:msup> <mml:mi>Po</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>163.64</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.038</mml:mn> <mml:msub> <mml:mrow/> <mml:mrow> <mml:mi>stat</mml:mi> <mml:mo>.</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0</mml:mn> <mml:mo>.</mml:mo> <mml:msub> <mml:mn>093</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mi>syst</mml:mi> <mml:mo>.</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mspace/> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mtext>s</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> . Studying the decay of the accumulated radon daughter products after removing the detector from the $$^{220}\hbox {{Rn}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mrow/> <mml:mn>220</mml:mn> </mml:msup> <mml:mtext>Rn</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> field, the half-life time of the $$\beta $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mi>β</mml:mi> </mml:math> -decay of $$^{212}\hbox {{Pb}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mrow/> <mml:mn>212</mml:mn> </mml:msup> <mml:mtext>Pb</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> was measured to be $$t_{1/2}^{^{212}{\mathrm{Pb}}} = ( 10.620 \pm 0.011_{\mathrm{stat.}} \pm 0.014_{\mathrm{syst.}} )\,\hbox {h}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi>t</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mrow/> <mml:mn>212</mml:mn> </mml:msup> <mml:mi>Pb</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>10.620</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0</mml:mn> <mml:mo>.</mml:mo> <mml:msub> <mml:mn>011</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mi>stat</mml:mi> <mml:mo>.</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0</mml:mn> <mml:mo>.</mml:mo> <mml:msub> <mml:mn>014</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mi>syst</mml:mi> <mml:mo>.</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mspace/> <mml:mtext>h</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> . The results are discussed in the context of previous works.

Topics & Concepts