POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA
KATEDRA FIZYKI
Temat: Wyznaczanie widma promieniowania γ za pomocą jednokanałowego spektrometru .
Osiecki Robert
Jasztal Mariusz
Wydział Elektryczny
Rok II sem. IV
CZĘŚĆ TEORETYCZNA
Promieniowanie γ czyli strumień kwantów energii przy rozpadach promieniotwórczych jąder. Rejestracja tego promieniowania odbywa się przez efekty wtórne towarzyszące przechodzeniu promieniowania γ przez materię.
Promieniowanie g przechodząc przez materię traci energię w wyniku innych procesów niż cząstki naładowane . Dla promieniowania γ o energii rzędu kilku MeV najważniejszymi procesami straty energii są : efekt fotoelektryczny , efekt Comptona , efekt tworzenia par pozyton elektron.
W wyniku oddziaływania z materią kwant g może ulec :
1.absorpcji
2.rozproszeniu koherentnemu
3.rozproszeniu nie koherentnemu
Wszystkie trzy procesy mogą zachodzić z różnym prawdopodobieństwem w następujących oddziaływaniach 0
z elektronami powłoki atomowej
z nukleonami
z polem elektrycznym jądra lub elektronów
Zjawisko fotoelektryczne
W wyniku oddziaływania z atomem kwant γ może zostać zaabsorbowany , na skutek tego , jeżeli energia kwantu h jest dostatecznie duża tzn. Większa od energii wiązania w jądrze elektronu , jeden z elektronów atomu może ulec oderwaniu.
Energia takiego elektronu zależy od energii kwantu γ
E = h - Ii - Ia
gdzie: Ii - energia wiązania elektronu , Ia- energia odrzutu (bardzo mała <<E)
Zjawisko Comptona
Zależność kinematyczna zjawiska Comptona . Oddziaływanie kwantu γ z elektronem swobodnym lub słabo związanym , w wyniku którego elektron zabiera część pędu i energii fotonu oraz powstaje kwant γ o energii mniejszej nazywamy zj. Comptona .
Zjawisko tworzenia się par
Proces powstawania pary złożonej z negatonu i pozytonu je jest możliwy , jeżeli energia kwantu γ jest dostatecznie duża . Ze względu na konieczność równoczesnego spełnienia prawa zachowania pędu i energii utworzenie pary w próżni jest niemożliwe . Para może powstać tylko w obecności trzeciej cząstki jądra lub elektronu w przypadku granicznym pozyton i negaton mogą posiadać energię kinetyczną w przybliżeniu równą zero
h min = 2moc2 + E1
moc2- energia spoczynkowa elektronu
E1 - energia odrzutu
TABELA POMIAROWA
Preparat `Cs137' |
Preparat `X' |
||
Napięcie progu |
Liczba zliczeń |
Napięcie progu |
Liczba zliczeń |
Up[V] |
N |
Up[V] |
N |
1,5 |
846 |
4,0 |
473 |
1,6 |
805 |
4,1 |
427 |
1,7 |
680 |
4,2 |
375 |
1,8 |
645 |
4,3 |
371 |
1,9 |
638 |
4,4 |
353 |
2,0 |
626 |
4,5 |
306 |
2,1 |
537 |
4,6 |
326 |
2,2 |
439 |
4,7 |
342 |
2,3 |
259 |
4,8 |
418 |
2,4 |
153 |
4,9 |
375 |
2,5 |
133 |
5,0 |
425 |
2,6 |
210 |
5,1 |
536 |
2,7 |
406 |
5,2 |
611 |
2,8 |
850 |
5,3 |
706 |
2,9 |
1404 |
5,4 |
671 |
3,0 |
1626 |
5,5 |
639 |
3,1 |
1225 |
5,6 |
734 |
3,2 |
682 |
5,7 |
1156 |
3,3 |
246 |
5,8 |
118 |
3,4 |
73 |
5,9 |
0 |
3,5 |
20 |
6,0 |
0 |
3,6 |
8 |
6,1 |
0 |
3,7 |
7 |
6,2 |
0 |
3,8 |
10 |
6,3 |
3 |
3,9 |
7 |
6,4 |
0 |
4,0 |
4 |
6,5 |
0 |
3. Wykresy.
Wykres zależności N = f(Up) dla ,,Cs137 ''
Up = 3 [V]
Wykres zależności N = f(Up) dla preparatu X .
4.OBLICZENIA
4.1 Obliczanie energii maksimów
Wiedząc ,że pierwszemu maksimum dla preparatu „Cs 137” o napięciu progu Up= 3 [V] odpowiada energia E= 0,662 [MeV] z równania proporcji obliczamy energię pierwszego maksimum dla preparatu „X” ze wzoru :
EX= gdzie : Up - napięcie progu preparatu „Cs 137”
Upx - napięcie progu preparatu „X
a) z czego energia pierwszego maksimum preparatu „X” wynosi :
Ex=
energia drugiego wynosi:
Ex=
energia trzeciego maksimum wynosi :
EX=
4.2 Obliczanie amplitudowej zdolności rozdzielczej spektrometru
R =
U - szerokość połówkowa
U - położenie linii( maksimum)
dla pierwszego maksimum U = 0.205 [V] i U = 3.2 [V]
R1 =
dla drugiego maksimum U = 0.65 [V] i U = 2.5 [V]
R2 =
dla trzeciego maksimum ΔU=0.37 [V] U =2.3 [V]
R3=
5. WNIOSKI
Elektron
Foton
atom