Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej

Wydział: Nauk o Materiałach i Środowisku

Kierunek: Inżynieria Środowiska

Semestr: II

Ćwiczenie nr 85

Wyznaczanie górnej granicy energii promieniowania

Grupa nr 207

Izabela Wykręt

Michał Paździora

Michał Pękala

Część teoretyczna:

Promieniowanie
powstaje w wyniku rozpadu promienia twórczego jądra, z którego emitowany jest elektron.

Jeśli zaniedba się różnicę energii wiązania elektronów w atomach początkowym i końcowym bilans energetyczny dla przemian jądrowych można zapisać wzorem:

gdzie:

-masa atomu rozpadającego się

-masa atomu końcowego

-liczby atomowe rozpadającego się i końcowego nuklidu

-energia wzbudzenia jądra rozpadającego się i końcowego

-suma mas produktów rozpadu(emitowanych cząsteczek)

Q- energia rozpadu, na którą składają się energia kinetyczna produktów

rozpadu oraz energia kwantowa.

=

Energia rozpadu
przy
=0 jest zatem równa:

=

Cząstka naładowana przechodząc przez materię oddziaływuje z atomami ośrodka, przy czym oddziaływanie to może być sprężyste lub niesprężyste, w zależności od tego, czy suma energii kinetycznych cząstki bombardującej i atomu pozostaje stała czy ulega zmianie. Cząstka naładowana może oddziaływać bądź z elektronami atomu bądź z jądrem, co może prowadzić do reakcji jądrowych lub tzw. rozproszenia potencjalnego zarówno przez siły Coulombowskie jak i siły jądrowe. W przypadku elektronów o energiach, które uzyskuje się w rozpadach promieniotwórczych, prawdopodobieństwo zajścia reakcji jądrowej oraz rozproszenia przez siły jądrowe jest znikomo małe. Rozchodzenie cząstek pochodzących z naturalnych źródeł promieniotwórczych, ze względu na wartość energii tych cząstek zachodzi głównie w polu Coulombowskim jądra, o potencjale V(r)=Ze/r, lub elektronów powłoki elektronowej. Po rozproszeniu niesprężystym cząstki naładowanej przez atom, wyemitowany zostaje foton, a powstające w ten sposób promieniowanie nazwane jest promieniowaniem hamowania.

W zderzeniach z elektronem z powłoki elektronowej cząstka naładowana może wywołać jonizację, bądź wzbudzenie atomu. Prawdopodobieństwo tych dwóch procesów jest tak małe, że możemy promieniowanie hamowania praktycznie pominąć. Liczba par jonów wytworzonych przez cząsteczkę naładowaną na jednostkowej drodze w danym ośrodku nazywa się jonizacją właściwą. Zależy ona od rodzaju cząstki, rodzaju ośrodka i energii cząstki. Z jonizacją właściwą wiąże się tzw. wolność hamowania ośrodka, równa liczbowo stanie energii cząstki na drodze jednostkowej. Zdolność hamowania jest proporcjonalna do jonizacji właściwej, a dla danego ośrodka jest tym większa im większy jest ładunek cząstki i im mniejsza jest jej prędkość.

Wśród wielu metod wyznaczania maksymalnej energii cząstek, metoda absorbcyjna jest niewątpliwie metoda najprostszą. Wyznaczanie
oparte jest o odpowiednio dobraną zależność:

Opis układu pomiarowego

Układ pomiarowy do wyznaczania absorpcji promieniowania jądrowego składa się z następujących elementów:

Domku pomiarowego (OS), w którym umieszczone jest źródło promieniotwórcze (Ź), absorbent (A) oraz detektor promieniowania (D),

Zasilacza wysokiego napięcia (ZWN),

Wzmacniacza liniowego (WL),

Przelicznika (P).

Schemat ideowy układu pomiarowego

Przebieg ćwiczenia

Przeprowadziliśmy pięciokrotny pomiar tła. Następnie 21-krotnie (0,5,10, ..., 100) mierzyliśmy ilość cząstek β^- zarejestrowanych przez sondę po przejściu promieniowania przez absorbenty o danych grubościach. Na końcu doświadczenia ponownie przeprowadziliśmy pięciokrotny pomiar tła. Wyniki zapisaliśmy w tabeli. Do obliczeń wykorzystaliśmy dostępny w pracowni program.

Pomiary i wyniki doświadczenia:

Obliczenie grubości absorbentu

gdzie:

- stały parametr związany z absorpcją w powietrzu i okienku sondy

- gęstość aluminium

Dla Nr = 30

Tabela nr 1

Nr	0	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50
x	2,45	19,64	36,83	54,01	71,20	88,39	105,58	122,76	139,95	157,14	174,32
N	12206	9183	7598	6240	4770	3608	2713	1947	1381	997	653
lnN	9,41	9,13	8,94	8,74	8,47	8,19	7,91	7,57	7,23	6,90	6,48

Nr	55	60	65	70	75	80	85	90	95	100
x	191,51	208,70	225,89	243,07	260,26	277,45	294,64	311,82	329,01	346,20
N	466	291	215	154	100	58	50	41	39	38
lnN	6,14	5,67	5,37	5,04	4,61	4,06	3,91	3,71	3,66	3,64

Tabela nr 2 (pomiary tła)

35	33	28	37	35	31	35	23	44	30

Obliczenie wartości

Parametry a i b, oraz błędy Δa i Δb zostały obliczone przy pomocy programu komputerowego

Czyli:

Tabela nr 3

		33,1	3,50

Obliczenie Energii Maksymalnej

Obliczenia Zasięgu Maksymalnego

Obliczenie błędu procentowego

Tabela nr 4

	0,765	δ%
	0,738	3,53 %

Do wykresu

Punkty dla prostej korelacji

y=ax+b

a =

b=9,696

Dla x=71,20

A= (71,20; 8,36)

Dla x= 329,01

B=(329,01;3,51)

5

---