POLITECHNIKA
CZĘSTOCHOWSKA

KATEDRA FIZYKI

Ćwiczenie nr 1

Temat: Wyznaczanie energii promieniowania γ metodą

połówkowego osłabienia.

Wykonali:

II rok , gr. V

Wydz. Elektr.

I. Wiadomości podstawowe.

Jak wiadomo promienie  oraz γ charakteryzują się tym, że łatwo przechodzą przez stosunkowo grube warstwy różnych absorbentów, jednak przy przejściu przez odpowiednio grubą warstwę materii promienie te ulegają absorbcji. Dla danej długości fali zależność natężenia wiązki przepuszczonej przez absorbent od grubości x absorbenta ma postać:

J - natężenie wiązki przeszłej

J₀ - natężenie wiązki padającej

u - stała dla danej długości fali nazywana liniowym całkowitym współczynnikiem

pochłaniania.

Poprzez zróżniczkowanie powyższego wzoru otrzymamy

Używa się wielkości , , i nazywamy ją masowym współczynnikiem pochłaniania.

W zjawisku fotoelektrycznym wywołanym przez promieniowanie  czy γ energia kwantu n zostaje całkowicie pochłonięta przez atom i przekazana jednemu z elektronów, który uzyskuje energię kinetyczną E = h - W, gdzie W oznacza energię wiązania danego elektronu. Absorbcja wskutek efektu fotoelektrycznego rośnie w miarę jak maleje energia kwantów (rośnie długość fali); jest bardziej prawdopodobna dla pierwiastków cięższych niż lekkich. Dla pierwiastków ciężkich, przy energii kwantów h0,5 MeV zjawisko fotolektryczne przeważa nad pozostałymi procesami, tzn. zjawiskiem Comptona, zjawiskiem tworzenia się par. Ze wzrostem h fotoelektrony są emitowane pod coraz mniejszymi kątami.

Zjawisko Comptona.

Przy oddziaływaniu promieni  lub γ z materią stwierdzono, że oprócz zjawiska rozproszenia, któremu nie towarzyszy zmiana długości fali, zachodzi zjawisko rozproszenia promieni, połączone ze zmianą długości fali, przy czym długość fali promieniowania rozproszonego jest większa niż promieniowanie padającego. W/g Comptona kwant energii h o pędzie zderzając się ze swobodnym elektronem znajdującym się w spoczynku odchylony jest o kąt  tzn.

Zmiana długości fali fotonu w zjawisku Camptona nie zależy od początkowej długości fali czy energii fotonui, a jedynie jest funkcją kąta rozproszenia.

 - Comptonowskiej długości fali = 2,42610^-12 m. = 0,02426 A

Zjawisko tworzenia par.

Oddziaływanie fotonu z polem elektrycznym jądra prowadzi do powstania elektronu i pozytonu przy równoczesnym zniknięciu fotonu. Zjawisko to nosi nazwę zjawiska tworzenia się par. Zachodzi ono dla fotonów o energii h2mc²1,02 MeV. W procesie tworzenia pary część energii z 1,02 MeV absorbowanego kwantu jest zużywana na utworzenie masy pozyton-elektron, a resztę h - 2mc² zatrzymuje para jako energię kinetyczną.

II. Układ pomiarowy.

I - licznik Geigera-Mullera

II - przelicznik PT - 72

III - zasilacz wysokiego napięcia ZWN - 42

III. Tabela pomiarowa.

	Miedź			Ołów
ilość	dn	Zn	Zt	dn	Zn	Zt
płytek	[mm]	[imp/100s]	[imp/100s]	[mm]	[imp/100s]	[imp/100s]
brak	-	1779	22	-	1779	22
1	0,93	1615	22	3,08	1471	22
2	2,78	1555	22	6,2	1382	22
3	4,63	1428	22	9,32	1071	22
4	6,49	1333	22	12,46	964	22
5	7,83	1290	22	15,62	784	22
6	8,79	1277	22	18,76	759	22
7	10,67	1277	22
8	12,55	1177	22
9	13,88	1093	22
10	18,62	970	22
11	23,28	814	22
12	28,06	691	22

IV. Obliczenia.

dla miedzi dla ołowiu

Miedź				Ołów
[mm]	[mm]	[imp/sek^2]	[imp/sek^2]	[mm]	[mm]	[imp/sek^2]	[imp/sek^2]
2,33	0	17,79	0,22	3,12	0	17,79	0,22
2,33	2,33	16,15	0,22	3,12	3,12	14,71	0,22
2,33	4,67	15,55	0,22	3,12	6,25	13,82	0,22
2,33	7,01	14,28	0,22	3,12	9,38	10,71	0,22
2,33	9,35	13,33	0,22	3,12	12,5	9,64	0,22
2,33	11,69	12,9	0,22	3,12	15,63	7,84	0,22
2,33	14,02	12,77	0,22	3,12	18,75	7,59	0,22
2,33	16,36	12,77	0,22
2,33	18,7	11,77	0,22
2,33	21,04	10,93	0,22
2,33	23,38	9,7	0,22
2,33	25,72	8,14	0,22
2,33	28,059	6,91	0,22

wartości grubości połówkowych dla poszczególnych pochłaniaczy

Cu - d_1/2 = 2,57

Pb - d_1/2 = 1,34

współczynniki pochłaniania

współczynniki masowe

V. Charakterystyki.

VI. Uwagi i wnioski.

Wartość grubości połówkowych dla pochłaniacza miedzianego wynosi 2,57 cm, a dla ołowiowego 1,34 cm. Związane jest to z różną gęstością materiału. Gęstość ołowiu jest prawie 1,5 raza większa niż gęstość miedzi. Współczynnik pochłaniania z tego powodu, też różni się pomiędzy tymi materiałami. Dla ołowiu wynosi 0,5171 1/cm, a dla miedzi 0,2696 1/cm.

Z obliczeń otrzymaliśmy następujące wartości współczynników masowych:

dla miedzi

dla ołówiu

Na podstawie obliczeń i tabeli zawartej w instrukcji stwierdzamy że energia użytego źródła promieniowania wynosi około 3 MeV.

---