Cel ćwiczenia

W doświadczeniu wyznaczymy współczynniki pochłaniania elektronów w różnych materiałach, poprzez zbadanie ilości elektronów przechodzących przez próbkę, w zależności od jej grubości. Następnie obliczymy masowy współczynnik pochłaniania.

Aparatura pomiarowa

Zasadniczym składnikiem aparatury pomiarowej jest źródło promieniotwórczego (A). Źródło to zawiera radioaktywny izotop strontu Sr9O o aktywności 74 kBq-l. Do zliczania ilości elektronów służy licznik Geigera-Mullera.. (B) połączony ekranowanym kablem z rurką pomiarową (C).

Pomiędzy źródłem promieniowania a rurką pomiarową licznika umieszcza się płytki badanej substancji. Do ich mocowania służy specjalna śruba (D). Licznik Geigera-Milllera wyposażony jest w nastawę czasową umożliwiającą zliczanie impulsów w zadanym czasie(E). Licznik można także włączyć na dowolny okres, posługując się przyciskiem START/STOP (F). Zerowanie licznika można przeprowadzić wciskając przycisk RESET (G).

Jeżeli wiązka elektronów przechodzi przez próbkę substancji, część elektronów wytraca energię na skutek wymienionych wyżej procesów do tego stopnia, że mówimy o nich, iż zostały pochłonięte.

Ponieważ elektron traci energię w oddziaływaniu z atomem, jest oczywiste, że ilość traconych elektronów powinna być proporcjonalna do rozmiarów atomów i ich gęstości. powierzchniowej, tzn. ilości atomów przypadających na jednostkę powierzchni próbki. Gęstość powierzchniowa jest z kolei tym większa im większa jest grubość próbki, ponieważ jest to gęstość zrzutowana z całej objętości próbki. Dla bardzo cienkiej warstwy próbki można więc przyjąć, że liczba elektronów, które zostały pochłonięte dN, jest proporcjonalna do grubości próbki dx. Jest ona również proporcjonalna do ilości elektronów padających na próbkę N:

dN= - μNdx

gdzie:

μ jest współczynnikiem proporcjonalności. Prawo strona jest ujemna ponieważ dN jest ubytkiem a nie ilości elektronów w wiązce.

Jeżeli chcemy policzyć liczbę elektronów przechodzących przez dowolną grubą próbkę, należy wyszumować liczby elektronów tracących na wszystkich cienkich warstwach próbki (rys.1 ), czyli wycałkować równanie:

dN/N= - μdx

(dN/N)=- μ dx

Gdzie x jest grubością płytki. Po wykonaniu całkowania otrzymujemy: 0

Ln(N /N )=-

K

o

μx0

N =N e-

K

0 μx

Współczynnik μ nazywamy współczynnikiem absorpcji elektronów. Ma on stałą wartość dla określonego rodzaju substancji. Istnieje również bardziej uniwersalna stała, która nie zależy od rodzaju materiału próbki chociaż od rodzaju źródła elektronów. Ta stała to masoy współczynnik absorpcji μ*

definiowany wzorem:

μ * = μ/ρ

gdzie ρ jest gęstością substancji. Liczbę cząsteczek przenikających przez próbkę można zatem zapisać:

N =N e- ρ μx

K

0