SPRAWOZDANIE

z laboratorium z Fizyki

TEMAT: Pomiar okresu połowicznego zaniku

promieniotwórczych izotopów srebra.

Marcin Kowalczyk

Grzegorz Górski

Wydział:

IŚ i E , semestr III , grupa VI , sekcja V

I. Część teoretyczna.

Pierwiastki w przyrodzie występują w większości w stanie stabilnym tzn. nie ulegają rozpadowi radioaktywnemu. Jednak można wyróżnić grupę pierwiastków, które nie są trwałe i ulegają rozpadowi emitując podczas tego procesu specyficzne dla tych zjawisk promieniowanie (promieniowanie α, β, γ). Promieniowanie α to strumień podwójnie zjonizowanych atomów helu, promieniowanie β to strumień elektronów lub pozytonów (rozróżniamy promieniowanie β_- i β₊),
a promieniowanie γ to fala elektromagnetyczna o dużej energii. Każdy rodzaj promieniowania ma inne właściwości (np. inne zachowanie się w polu magnetycznym).

Niektóre pierwiastki występujące w przyrodzie w stanie stabilnym można uaktywnić za pomocą odpowiedniego promieniowania. Do tego celu można użyć neutronów, które są cząstkami nie obdarzonymi ładunkiem a więc nie oddziałują z polem elektrostatycznym, wytworzonym przez ładunki zgromadzone w atomie. Powoduje to, że neutron może zbliżyć się na małą odległość, ponieważ nie jest odpychany od jądra. Istnieje pewne prawdopodobieństwo, że neutron zostanie pochłonięty, może również nastąpić elastyczne zderzenie cząstek lub zderzenie nieelastyczne, w wyniku którego powstanie jądro (złożone) w stanie wzbudzenia, którego czas życia jest bardzo krótki - ok. 10E-12 s. Jądro powstałe w takim procesie to najczęściej jądro izotopu promieniotwórczego.

Zjawisko zderzeń można wykorzystać do aktywacji pierwiastków stabilnych, posługując się do tego urządzeniem nazywanym aktywatorem. Istnieją różne typy tych urządzeń różniące się pierwiastkami zastosowanymi do wygenerowania promieniowania służącego do aktywacji oraz promieniowaniem aktywującym (neutrony, promieniowanie γ, szybkie cząstki naładowane - cząstki alfa, protony, deuterony). W poniższym doświadczeniu użyto aktywatora radowo-berylowego.

W aktywatorze tym zachodzą następujące reakcje:

Źródłem cząstek α i promieniowania γ są tu izotopy powstałe z radu 226,
jak również sam rad. Spowalnianie otrzymanych neutronów następuje w warstwie parafiny okrywającej preparat.

Podczas napromieniowywania neutronami termicznymi naturalnego, czystego srebra, które jest mieszaniną stabilnych izotopów i zachodzą reakcje prowadzące do powstania izotopów srebra i .
Powstałe izotopy są niestabilne i podlegają rozpadowi beta (powstaje
i ) z czasami połowicznego zaniku odpowiednio: T₁=24,2 s i T₂=2,4 min.

W aktywatorze mają miejsce przemiany jąder pod wpływem strumienia neutronów. Padający, na tarczę zawierającą n jąder, strumień neutronów powoduje powstanie pewnej ilości jąder aktywnych, jednak w tym samym czasie następuje również ich rozpad.

W omawianym preparacie ulegającemu rozpadowi mamy dwa izotopy promieniotwórcze powstające i rozpadające się jednocześnie. Dlatego aktywność próbki wyraża się wzorem:

Z pomiaru zależności aktywowanej próbki od czasu można wyznaczyć stałe rozpadu obu izotopów, a tym samym czasy ich połowicznego zaniku z następującej zależności:

i

Podana zależność nie jest liniowa. W przypadku srebra czasy połowicznego zaniku obu izotopów znacznie się różnią. Po upływie dostatecznie długiego czasu (t = około 3 minut) w próbce pozostaje tylko izotop długożyciowy.

(t>>T1)

II. Przebieg ćwiczenia.

Aparatura do przeprowadzenia doświadczenia składa się z licznika
Geigera-M*llera połączonego z elektronicznym licznikiem impulsów. Licznik Geigera-M*llera umieszczony jest w domku ołowianym chroniącym przed szkodliwym promieniowaniem. Preparat umieszczamy we wnętrzu domku. Licznik impulsów ma możliwość dokonywania pomiarów w różnych przedziałach czasowych. W skład zestawu doświadczalnego wchodzi też aktywator próbki znajdujący się w oddzielnym pomieszczeniu.

Aby dokonać zliczania impulsów emitowanych przez próbkę srebra, należy wcześniej dokonać jego aktywacji w aktywatorze. Czas aktywacji wynosił 20 minut. W tym czasie dokonaliśmy 20 pomiarów (po 1 minucie każdy) zliczania promieniowania tła. Zapisano wyniki zliczeń dla pustego domku (bez preparatu). Po zakończeniu procesu aktywacji umieściliśmy, za pomocą pincety, preparat
w domku. Rozpoczęliśmy pomiary co 6 sekund. W momencie, gdy liczba zliczeń na 6 sekund spadła poniżej 30 impulsów przełączyliśmy przyrząd zliczający na zakres 1 minutowy. Pomiary zakończyliśmy, gdy liczba zliczeń spadła do poziomu średniej arytmetycznej ilości zliczeń impulsów tła detektora .

III. Opracowanie i analiza wyników pomiarów.

III.1. Tabele pomiarowe

a.. Pomiar tła detektora

Czas t [s]	[Imp/min]
1	22
2	27
3	24
4	22
5	21
6	19
7	23
8	23
9	19
10	26
11	17
12	20
13	24
14	22
15	21
16	15
17	21
18	14
19	12
20	24

Średnia ilość impulsów dla tła detektora wynosi : 21 [imp/min].

b.Pomiar rozpadu izotopów srebra.

Czas t [min]	Il. imp/t
0.1	396
0.2	320
0.3	302
0.4	280
0.5	237
0.6	208
0.7	179
0.8	159
0.9	139
1	128
1.1	109
1.2	93
1.3	79
1.4	59
1.5	28
2.5	521
3.5	398
4.5	245
5.5	212
6.5	142
7.5	89
8.5	59
9.5	19

III.2. Wykresy regresji liniowej .

a. dla izotopu długożyciowego .

a₁ = -0,522 ± 0,043

b₁ = 7,740 ± 0,250

b. dla izotopu krótkożyciowego

a₂ = -1,550 ± 0,120

b₂ = 6,240 ± 0,110

Wartości przeciwne do współczynników kierunkowych prostych (a₁ i a₂) są równe stałej rozpadu odpowiednio izotopu długożyciowego i krótko-
życiowego.

λ₁ = 0,283 ± 0,009 [1/min]

λ₂ = 1,766 ± 0,174 [1/min]

„-λ” jest współczynnikiem kierunkowym prostej. Błąd stałej λ jest błędem współczynnika a.

Obliczymy czasy połowicznego rozpadu obu z nich korzystając ze wzoru:

T₁ = 2,45 ± 0,08 [min] = 146,08 ± 4,14 [sekund]

T₂ = 0,40 ± 0,04 [min] = 23,78 ± 2,34 [sekund]

gdzie:

T₁ - okres połowicznego zaniku izotopu długożyciowego ()

T₂ - okres połowicznego zaniku izotopu krótkożyciowego ()

Czasy połowicznego zaniku obydwóch izotopów policzono jako średnia arytmetyczna ze skrajnie małej wartości ( λ - błąd λ ) i skrajnie dużej
( λ + błąd λ ). Błąd jest odległością pomiędzy wartością średnią i skrajną.

IV. Wnioski i uwagi.

Wartość tablicowa okresu połowicznego zaniku dla izotopu wynosi 2,4 minuty, a dla - 24 sekundy. Uzyskane czasy połowicznego zaniku nie odbiegają znacząco od wartości podanych w tablicach. Wyeliminowanie przenoszenia preparatu z aktywatora do stanowiska pomiarowego pozwoliłoby jeszcze dokładniej zmierzyć rozpad izotopu krótkożyciowego, ale powyższe wyniki są zadowalające.

Badanie aktywności i dokładne obliczenie stałej rozpadu dla preparatu promieniotwórczego jest zadaniem trudnym do wykonania ze względu na duże wahania otrzymywanych wielkości i duże błędy pomiarowe (pierwiastek z liczby zliczeń).

---