Pracownia Zakładu Fizyki Technicznej Politechniki Lubelskiej
Nazwisko i imię Mazur Krzysztof studenta:							Instytut i symbol grupy WT 3.2
Data wykonania ćwiczenia: 99-01-11		Symbol ćwiczenia: 2.1		Temat zadania: Wyznaczanie współczynników osłabienia promieniowania γ.
Zaliczenie:		Ocena:		Data:	Podpis:

1.Tabela pomiarów.

-pomiar tła

Lp.	N'	'	Nt
1	14656	14361	119,7
2	14066

-pomiar płytek żelaznych

Lp.	x	N'	N	N - Nt		ln(N-Nt)
		mm
1	0	129234	1076,9	957,2		6,864
2	4,8	102279,5	852,33	732,63		6,597
3	14,1	65029,5	544,9	422,2		6,045
4	23,3	43529	362,74	243		5,493
5	32,8	31385,5	261,55	141,5		4,955
6	42	24124,5	201,04	81,34		4,399
7	51,2	19512	162,6	42,9		3,759
8	60,3	17052,5	142,1	22,4		3,109
9	69,6	15499,5	129,16	9,5		2,247
10	78,8	14378,5	119,8	0,12		-2,113

Cztery ostatnie pomiary pomijam, ponieważ N < Nt

2.Częsć teoretyczna.

Promieniowanie γ jest to promieniowanie elektromagnetyczne powstające przy przejściu jądra ze stanu wzbudzonego do stanu do stanu o niższej energii, którym może być zarówno stan podstawowy jak i wzbudzony. Energie wzbudzenia jądra mogą przyjmować tylko ściśle określone wartości, zatem widmo energetyczne kwantów γ jest widmem liniowym. Promieniotwórczym rozpadom jąder towarzyszy zwykle emisja kwantów γ  energiach od 10keV do 5MeV.

Dominującymi procesami w oddziaływaniu z materią są: zjawisko fotoelektryczne, zjawisko Comptona, zjawisko tworzenia par elektrono - pozytonowych.

W zjawisku fotoelektrycznym kwant γ przekazuje całą swoją energię związanemu elektronowi, który uzyskuje energię T równą:

T=h-I

gdzie I jest energią wiązania elektronu na odpowiedniej powłoce. Elektron może być wyrzucony z absorbentu, lub jeśli absorbent nie jest zbyt cienki, może być w nim natychmiast zaabsorbowany. Ze względu na zasadę zachowania pędu zjawisko fotoelektryczne nie może zachodzić na elektronach swobodnych. Może zachodzić tylko na elektronach związanych.

Zjawisko Comptona jest to sprężyste zderzenie kwantu γ z elektronem swobodnym lub słabo związanym. W jego wyniku powstaje rozproszony kwant γ o mniejszej energii oraz obdarzony częścią energii kwantu pierwotnego, tzw. elektron komtonowski. Długość fali γ promieniowania rozproszonego w zjawisku Conptona można obliczyć ze wzoru;

gdzie:

h- stała Plancka

m_e- masa spoczynkowa elektronu

c- prędkość światła

- kąt rozproszenia kwantu

- długość fali promieniowania pierwotnego

Trzecim z podstawowych rodzajów oddziaływania promieniowania γ z materią jest proces tworzenia par: elektron-pozyton. Zachodzi w polu elektrycznym jądra lub elektronu a polega na przemianie kwantu γ w elektron i pozyton. Ze względu na konieczność równoczesnego spełnienia praw zachowania energii i pędu, utworzenie pary e^- i e⁺ w próżni nie jest to możliwe. Para może powstać tylko w obecności trzeciej cząstki: jądra lub elektronu.

W przypadku granicznym pozyton i elektron mogą mieć energię kinetyczną równą zero. Wtedy energia progowa tworzenia pary wynosi:

h_pr=2m_ec²+T_k

gdzie T_k jest energią odrzutu jądra lub elektronu, w obecności którego powstaje para.

Podstawową cechą charakterystyczną oddziaływania promieniowania γ z materią jest występowanie tzw. zjawiska śrubowego, polegającego na tym że każdy foton jest niezależnie usuwany z padającej wiązki promieniowania. Liczba kwantów dN usuniętych ze strumienia o natężeniu N, po przejściu przez warstwę absorbentu o grubości wynosi:

dN=-dx

gdzie  jest stałą dla określonej energii promieniowania γ oraz ośrodka i nazywa się współczynnikiem osłabienia.

Po scałkowaniu:

gdzie:

N₀-natężenie promieniowania padającego na absorbent

14. natężenie promieniowania po przejściu przez absorbent o grubości x

Współczynnik osłabieni jaką część strumienia promieniowania zostanie usunięta z wiązki pierwotnej po przejściu przez warstwę absorbentu o jednostkowej grubości. Jeśli grubość absorbentu wyrazimy w jednostkach długości to mówimy o liniowym współczynniku osłabienia, jeśli zaś w jednostkach masy na jednostkę powierzchni, mówimy wtedy o masowym współczynniku osłabienia.

Wykładnicza postać prawa osłabienia pozwala w prosty sposób wyznaczyć współczynnik osłabienia:

lnN = lnN_o -x

3.Schemat wykonania ćwiczenia.

Układ pomiarowy składa się z następujących elementów:

O-osłona ołowiana z kolimatorem

Z-źródło promieniowania

16. pręt do zawieszania płytek absorbentu

A- płytki absorbentu

45. detektor scyntylacyjny

UL- układ zliczający

Źródło promieniowania znajduje się w osłonie ołowianej. Promieniowanie przechodzi przez koliminator i pada na absorbent zawieszony na pręcie. Po przejściu przez absorbent rejestrowane jest przez detektor i układ zliczający.

4.Opracowanie wyników pomiarów.

Lp.	x	N	y = lnN	x^2	xy	w	 = a	b=lnN0	N0
	mm	1/s	-	mm^2	mm	-	mm	-	1/s
1	0	957,2	6,864	0	0	1	-0,09	7,49	1790,05
2	4,8	732,63	6,597	23,04	31,6656	1
3	14,1	422,2	6,045	198,81	85,2345	1
4	23,3	243	5,493	542,89	127,9869	1
5	32,8	141,5	4,955	1075,84	162,524	1
6	42	81,34	4,399	1764	184,758	1
7	51,2	42,9	3,759	2621,44	192,4608	1
8	60,3	22,4	3,109	3636,09	187,4727	1
9	69,6	9,5	2,247	4844,16	156,3912	1
10	78,8	0,12	-2,113	6209,44	-166,5044	1
	376,9		41,355	20915,71	961,9893	10

Lp.	xi	b	a	y'	y	y=y'-y	y^2	a	b
		mm	1/mm	1/mm	-	-	-	-	1/mm
1	0	7,49	-0,09	7,49	6,864	0,626	0,3919	0,0041	0,0297
2	4,8					7,058	6,597			0,489	0,239
3	14,1					6,221	6,045			0,176	0,0309
4	23,3					5,393	5,493			-0,1	0,01
5	32,8						4,538			4,955	-0417	0,1739
6	42					3,71	4,399			-0,689	0,4747
7	51,2					2,882	3,759			-0,877	0,769
8	60,3					2,063	3,109			-1,046	1,094
9	69,6					1,226	2,247			-1,021	1,0424
10	78,8					0,398	-2,113			2,511	6,305
							10,5308

Równanie wyznaczonej prostej zapiszemy w postaci: .

Błąd względny wyznaczania współczynnika osłabienia ma wartość:

.

---