Politechnika Śląska w Gliwicach

Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki

Kierunek Automatyka i Robotyka

Specjalność Automatyka

LABORATORIUM MIERNICTWA PRZEMYSŁOWEGO.

Temat: Pomiar absorpcji i rozproszenia.

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było poznanie zastosowania zjawisk absorpcji i rozproszenia promieniowania β do pomiaru grubości w układzie z licznikiem Geigera - Mullera.

2. Przebieg ćwiczenia.

Podczas ćwiczenia laboratoryjnego badano zjawiska absorpcji i rozproszenia promieniowania β.

Pomiary wykonywano przy użyciu układu przelicznika tranzystorowego PT-72 z licznikiem Geigera-Müllera BOH-45.

Napięcie progowe: U_p= 458 [V]

Napięcie pracy: U = 480 [V]

Czas pomiaru: t_p+t = 40 [s ]

2.1. Badanie adsorpcji.

Pierwsza część ćwiczenia polegała na zebraniu serii pomiarów, potrzebnych do wyznaczenia szybkości liczenia bez udziału absorbenta.

W tym celu dokonano pomiaru zliczeń:

• źródła i tła

- samego tła

Uzyskane wyniki przedstawiają się następująco:

Pomiar źródła i tła:

lp.	N_p+t
1	29156
2	28872
3	28927
4	29010
5	29193
śr.=	29031,6

Pomiar tła:

lp.	Nt
1	18
2	20
3	22
4	19
5	16
6	19
7	23
8	20
9	28
10	22
śr.=	20,7

Obliczenia statystyczne dla uzyskanych wyników :

Wartość średnia pomiaru źródła i tła: N_p+t = 29031,6 [zliczeń]

Odchylenie standardowe pomiarów źródła i tła: S_Ap+t= 140,0046 [zliczeń]

Wartość średnia pomiaru tła: N_t = 20,7 [zliczeń]

Odchylenie standardowe pomiarów tła: S_At=3,30[zliczeń]

Optymalne czasy liczenia otrzymujemy ze wzorów:

t_p+t =	38,95968
t_t =	1,040316

Szybkość liczenia wyprowadzamy ze wzoru:

I_p = N_p+t/t_p+t - N_t/t_t

Wynosi ona : 744,67 [ zliczeń / s ]

2.2. Krzywa absorpcji dla aluminium:

Następną częścią ćwiczenia było zdejmowanie krzywej absorpcji dla aluminium. Krzywa ta określa zależność ilości promieniowania absorbowanego przez materiał od jego grubości. W celu wyznaczenia tej charakterystyki, w kolejnych pomiarach stosowano aluminiowe płytki o różnych grubościach. Uzyskane wyniki zamieszczono w poniższej tabeli.

lp.	N [zliczeń]	al.[mikr_m.]
1	24445	11,5
2	21306	23
3	19447	40
4	13491	90
5	3955	290
6	3343	315

Charakterystyka wykreślona na podstawie uzyskanych wyników znajduje się na następnej stronie. (Exel: Wyk_Alum.)

Otrzymaną charakterystykę można aproksymować krzywą o równaniu:

y = 25104*e^-0,0064x

mamy zatem :

gdzie :

μ- liniowy współczynnik osłabienia

μ=0.0076 [1/μm]

d - grubość absorbenta

ρ- gęstość powierzchniowa materiału

2.3.Wyznaczanie grubości płytek miedzianych

W celu określenia interesujących nas grubości płytek miedzianych przeliczamy powyższą charakterystykę I=f(d) na I=f(q) , gdzie I- liczba zliczeń, czyli :

μ =	0,0064
ρ alumin=	2,70E+03
μ' = μ / ρ
μ' =	2,37E-06
q = ρ * d

Stąd :

Gdzie:

No - śr. liczba cząstek emitowanych w czasie t

N - liczba cząstek, które przeszły przez grubość d w czasie t

Płytka	N [zliczeń]	Grubość [μm]
Cu_1	8059,25	53,7
Cu_2	5220,5	74,2
Cu_3	4189	84,6

2.4.Statystyczna ocena.

W dalszej części ćwiczenia wykonano serię 10 pomiarów ilości zliczeń dla jednej wybranej blaszki aluminiowej o grubości 90 μm.

Odczytane z urządzenia wartości obrazują statystyczny charakter uzyskanych wyników.

lp.	N [zliczeń]	Alumin [μm]	DeltaN	|deltaN|
1	13491	90	-159,6	159,6
2	13678	90	27,4	27,4
3	13709	90	58,4	58,4
4	13699	90	48,4	48,4
5	13508	90	-142,6	142,6
6	13556	90	-94,6	94,6
7	13660	90	9,4	9,4
8	13612	90	-38,6	38,6
9	13745	90	94,4	94,4
10	13848	90	197,4	197,4

Wyznaczono następujące wartości parametrów statystycznych:

Wartość średnia pomiaru: N_śr. = 13650,6 [zliczeń]

Odchylenie standardowe pomiarów: S_A = 110,9136 [zliczeń]

Maksymalny błąd bezwzględny: ΔN = 197,4 [zliczeń]

Błąd bezwzględny pomiaru: ΔN_śr = 103,4 [zliczeń]

Średni błąd bezwzględny pomiaru: 18,9 [zliczeń]

(obliczany z uwzględnieniem znaku)

2.5. Badanie rozproszenia.

	Il. zlicz. 1	Il. zlicz. 2	Il. zlicz. 3	Średnia.	Licz_atom.	Śr_masa_atom	pierw(Z)	Materiał
A	6250	6258	6222	6243,33333	82	207	9,15	ołów Pb
B	5406	5431	5419	5418,66667	50	119	7,08	cyna Sn
C	4925	4961	4941	4942,33333	29	64	5,38	miedz Cu
D	4522	4452	4472	4482	26	56	5,1	żelazo Fe
E	2831	2961	2913	2901,66667	13	27	3,6	aluminium Al.
F	1660	1765	1726	1717	6	12	2,45	węgiel C

Zależność rozproszenia od liczby atomowej i średniej. masy atomowej przedstawia wykres dołączony na osobnej stronie (Exel: Zal_rozpr.)

Gęstość strumienia energii odbitego jest funkcją gęstości powierzchniowej absorbenta. Istnieje umowna graniczna wartość gęstości, począwszy od której strumień odbity nie zmienia się. Dla gęstości większych od granicznej gęstości powierzchniowej obowiązuje doświadczalna zależność:
gdzie Z - liczba atomowa.

(Exel: Wyk3, Wyk4)

3.Wnioski.

Na podstawie przeprowadzonych pomiarów możemy wnioskować o wysokiej przydatności procesu absorpcji do pomiarów grubości różnych materiałów, warstw czy powłok. Natomiast proces rozproszenia jest silnie uzależniony od rodzaju zastosowanego materiału. Można więc go stosować do określania rodzajów materiałów.

Cu 1

lp.	N [zliczeń]
1	8050
2	8038
3	8043
4	8106
śr.	8059,25

Cu 2

lp.	N [zliczeń]
1	5243
2	5286
3	5117
4	5236
śr.	5220,5

Cu 3

lp.	N [zliczeń]
1	4157
2	4205
3	4186
4	4208
śr.	4189

---