POLITECHNIKA
CZĘSTOCHOWSKA

KATEDRA FIZYKI

Ćwiczenie nr 6

Temat: Badanie absorpcji promieniowania γ w miedzi i

ołowiu.

Wykonali:

Osiecki Robert Jasztal Mariusz

II rok , gr. III

Wydz. Elektr.

1. Wstęp teoretyczny.

Promienie γ mogą oddziaływać zarówno z elektronami jak i z jądrami a także z polem elektrycznym elektronu oraz z polami elektrycznymi jąder. Oddziaływanie to może prowadzić do całkowitej absorpcji lub też elastycznego i nieelastycznego rozpraszania promieniowania γ

W praktyce znaczenie mają trzy zjawiska:

1. Zjawisko fotoelektryczne polegające na oddziaływaniu promieni z elektronami związanymi w atomie i prowadzące do całkowitej absorpcji kwantu promieniowania γ i oderwania elektronu od atomu.

2. Rozpraszanie kwantów γ przez elektrony, przy czym największe znaczenie ma zjawisko Comptona, związane z rozpraszaniem nieelastycznym, w którym foton zarówno zmienia swój kierunek ruchu jak i energię, znacznie mniejsze znaczenie ma rozpraszanie elastyczne na elektronach związanych (rozpraszanie Rayleya) oraz rozpraszanie elastyczne na elektronach swobodnych.

3. Zjawisko tworzenia pary elektronów, w którym foton ulega całkowitej absorpcji a pojawia się para negaton - pozyton.

Rozpraszanie Comptona kwantu γ o energii

na swobodnym elektronie

 =  + σ +  - współczynnik osłabienia

 - współczynnik wynikający ze zjawiska fotoelektrycznego

σ - współczynnik wynikający ze zjawiska rozpraszania

 - współczynnik wynikający ze zjawiska tworzenia się pary negaton - pozyton

Mechanizm powstawania impulsu w liczniku Geigera - Mullera polega na tym, że w jonizacji wtórnej przy dużym napięciu powstają fotony promieniowania ultrafioletowego, wywołujące dolną jonizację i wyładowanie rozwija się lawinowo wzdłuż drucika centralnego stanowiącego anodę. Powstający impuls jest całkowicie określony przez te zjawiska wtórne, a zatem ma wysokość niezależną od energii padającej cząsteczki.

Jeżeli licznik wypełniony jest gazem szlachetnym, to jon takiego gazu po dojściu do katody może wybić elektron wtórny, zapoczątkowujący nową lawinę i podtrzymujący wyładowanie. By ograniczyć czas trwania impulsu stosuje się dwie metody gaszenia wyładowania w liczniku.

1. Gaszące układy elektroniczne powodujące przerwanie wyładowania przez obniżenie napięcia na liczniku.

2. Liczniki samo gaszące uzyskuje się, jeżeli do gazu szlachetnego dodamy gaz wieloatomowy. A może to być alkohol lub eter, lecz liczniki te mają ograniczony czas życia ze względu na dysocjację tych par.

2. Układ pomiarowy.

gdzie:

1. Domek ołowiany wraz z licznikiem G-M. i źródłem promieniowania γ (⁶⁰Co)

2. Zasilacz wysokiego napięcia ZWN 21

3. Przelicznik elektronowy PT - 44A

4. Wzmacniacz liniowy

5. Układ całkujący.

III. Tabele pomiarowe.

	Pb				Cu
nr pom.	Liczba zliczeń Z	ln Z	Grubość p.łytki absorbenta x [mm] kxo	Średnia grubość xo [mm]	liczba zliczeń Z	ln Z	Grubość płytki absorbenta x [mm] kxo	Średnia grubość xo [mm]
1	701	6,5525	-	-	903	6,8057	-	-
2	641	6,463	2,23	2,31	764	6,6385	1,38	1,4
3	614	6,4199	5,38	2,31	747	6,616	2,79	1,4
4	633	6,4504	7,52	2,31	780	6,6592	4,19	1,4
5	599	6,3952	9,72	2,31	767	6,6424	5,58	1,4
6	620	6,4297	11,85	2,31	744	6,612	6,99	1,4
7	506	6,2265	13,88	2,31	752	6,6227	8,4	1,4
8					752	6,6227	9,82	1,4
9					716	6,5736	11,23	1,4

4. Obliczenia.

Całkowity liniowy współczynnik absorbcji

dla miedzi: dla ołowiu:

całkowity masowy współczynnik absorbcji

ρ = 8.92 [g/cm³ ] ρ = 11.34 [g/cm³ ]

energia kwantów γ z wykresu 1

współczynnik absorbcji w Pb (z wykresu 2) dla poszczególnych zjawisk

- fotoelektrycznego:

- Comptonowskiego:

- tworzenia par:

masowy współczynnik absorbcji w Cu dla poszczególnych zjawisk

Z - liczba porządkowa i A - liczba masowa pierwiastka o znanym masowym współczynniku absorbcji.

Z₁-liczba porządkowa i A₁-liczba masowa pierwiastka o nieznanym masowym współczynniku absorbcji

Dla miedzi Z₁ = 29, A₁ = 63.54, zaś dla ołowiu Z₁ = 82, A₁ = 297.21

5. Uwagi i wnioski.

Przeprowadzone ćwiczenie pozwoliło nam na zbadanie absorbcji promieniowania γ w miedzi i ołowiu. Wyznaczona energia kwantów ma wartość 0.9 MeV, a odpowiadające jej masowe współczynniki obsorbcji dla poszczególnych zjawisk wyznaczone z wykresu oraz z obliczeń wyniosły kolejno:

- dla ołowiu:

- zj. fotoelektryczne:

- zj. Comptona:

- zj. tworzenia par:

- dla miedzi:

- zj. fotoelektryczne:

- zj. Comptona:

- zj. tworzenia par:

Oznacza to, że dla energii E_γ = 6 MeV absorbcję promieniowania γ powoduje głównie zjawisko Comptonowskie , oraz zjawisko tworzenia się par, w mniejszyn stopniu absorbcję powoduje zjawisko fotoelektryczne. Potwierdza to teorię, że zjawisko Comptona i fotoelektryczne występuje już przy małych energiach kwantów, natomiast zjawisko tworzenia par zachodzi dopiero przy energiach ≥ 1.02 MeV.

6. Charakterystyki.

---