Maciej Kuliński	I Informatyka 2014/2015 W1 C1 L2
15. Wyznaczanie współczynnika pochłaniania promieni gamma	07.03.2015r.

Uwagi:

Jądro atomu składa się z protonów, których liczbę nazywamy liczbą atomową, oraz neutronów. Sumę protonów i neutronów nazywamy liczbą masową.

Dany pierwiastek może mieć tylko jedną liczbę atomową natomiast różne liczby masowe.

Oba powyższe pierwiastki mają taką samą liczbę atomową (79 protonów w jądrze) różnią się jednak liczbą masową (ilością neutronów). Takie odmiany jednego pierwiastka chemicznego nazywamy izotopami.

Pierwiastki ulegające rozpadowi promieniotwórczemu nazywamy promieniotwórczymi lub radioaktywnymi.

4 zasadnicze typy rozpadów promieniotwórczych to:

• Rozpad α – proces podczas którego z rozpadającego się jądra emitowane jest jądro helu (cząsteczka α)
  

• Rozpad β minus – z jądra atomu emitowany jest elektron (cząstka β minus) oraz neutrino
  

• Rozpad β plus – z jądra atomu emitowany jest pozyton (elektron dodatni – cząstka β plus) oraz neutrino
  

• Przemiana γ – jest to przejście jądra od stanu wzbudzonego do stanu o niższej energii, która polega na emisji fotonu nazywanego kwantem γ
  
  gdzie * oznacza stan wzbudzony jądra X

Za pomocą licznika Geigera-Müllera (G-M) możemy zliczyć liczbę kwantów γ. Dokładając pomiędzy źródło promieniowania a licznik G-M absorbent (materiał pochłaniający promienie γ) możemy zbadać w jakim tempie następuje absorpcja. Z każdą kolejną warstwą absorbentu liczba kwantów γ, które dotarły do licznika powinna zmaleć.

Przebieg ćwiczenia

• Podłączenie układu do sieci i ustawienie odpowiedniej wartości napięcia przez prowadzącego

• Ustalenie z prowadzącym wartości tła – ilości impulsów zarejestrowanych podczas nieobecności preparatu promieniotwórczego

• Zliczenie impulsów bez oraz z płytkami absorbentu

• Zapisanie wyników w Tabeli Pomiarów

Opracowanie wyników pomiarów

• Odjęcie wartości tła od otrzymanych wyników

• Przeliczenie otrzymanej wartości po odjęciu tła na impulsy/sekundę (I_x) w celu wyznaczenia natężenia promieniowania

• Sporządzenie wykresu zależności I_x = f(x)

Tabela pomiarów

Lp.	Grubość absorbentu [mm]	Liczba zliczeń [imp.]	Ix[imp./s]	u(Ix) [imp./s]	µ
1	0	32042	178	14,4	0
2	0,09	24524	136	12,6	2,99
3	0,18	19705	109	11,3	1,22
4	0,27	16362	91	10,3	0,69
5	0,36	13736	76	9,4	0,49
6	0,45	11948	66	8,8	0,31
7	0,54	10747	60	8,3	0,20
8	0,63	9467	53	7,8	0,20
9	0,72	8515	47	7,4	0,15
10	0,81	7920	44	7,1	0,09
11	0,9	7148	40	6,8	0,11
12	0,99	6700	37	6,6	0,07

Obliczenia:

• Grubość absorbentu:
  x = 0,09[mm] = 9 × 10^-5[m] ±0,004[mm] = 4 × 10^-6[m]

• Tło licznika:
  1 [imp./s]

• Czas pojedynczego pomiaru:
  180[s]

• Natężenie promieniowania γ:

$u\left( I_{x} \right) = \ \sqrt{I_{x}}$
np. dla Ix = 178:
u(Ix) ≈ 13

$${u(x) = \ \frac{1}{x} \times ln\frac{I_{0} - I_{tla}}{I_{x} - I_{tla}}\backslash n}{\mu\left( 0,09 \right) = \ \frac{1}{0,09}\ \times ln\frac{178 - 1}{136 - 1}\text{\ \ } \approx \ 3}$$

$${u\left( I_{x} \right) = \ \sqrt{\left\lbrack \frac{\partial I_{x}}{\partial N_{x}}\ \times u\left( N_{x} \right) \right\rbrack^{2} + \left\lbrack \frac{\partial N_{x}}{\partial t^{2}} \times u\left( t \right) \right\rbrack^{2}}\backslash n}{u\left( I_{x} \right) = \ \sqrt{\left\lbrack \frac{1}{t}\ \times u(N_{x}) \right\rbrack^{2} + \ \left\lbrack - \frac{N_{x}}{t^{2}}\ \times u(t) \right\rbrack^{2}}}$$

$$u\left( 32222 \right) = \ \sqrt{\left\lbrack \frac{1}{180}\ \times \sqrt{32222} \right\rbrack^{2} + \left\lbrack \frac{- 32222}{180^{2}} \times 0,03) \right\rbrack^{2}} \approx 14,4$$

Doświadczenie miało na celu pomiar promieniowania gamma przy zwiększaniu ilości płytek aluminium o stałej grubości 0,09mm. Wyniki pomiarów były rozbieżne z powodu zbyt krótkiego czasu wykonywania zliczeń (180sekund), gdyż wraz z wydłużaniem czasu badania, dokładność obliczeń wzrasta oraz z powodu zwiększania grubości absorbentu, który polegał na dokładaniu kolejnych płytek z folią aluminiową między którymi tworzyły się wolne przestrzenie, co powodowało zwiększenie rozproszenia promieniowania. Wyniki byłyby dokładniejsze, gdybyśmy zastosowali płytki o różnych grubościach.

Wraz ze wzrostem grubości absorbentu ilość zliczeń maleje, a więc aby całkowicie zaabsorbować promieniowanie gamma, trzeba użyć materiału o dużej grubości.