a18, Sprawozdanie z �wiczenia A-18


Sprawozdanie z wiczenia A-18

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

Arkadiusz Butrym

Zesp� 7

Wydzia Elektryczny A i R

Ocena z przygotowania:

19.11.1995

Ocena za sprawozdanie:

Czwartek 11.15-14.00

Zaliczenie:

Prowadzcy : Dr J.Gronowska

Podpis:

Temat: Badanie osabienia promieniowania gamma przy przechodzeniu przez materi

Podstawowe wiadomoci:

Promieniowanie  (gamma) jest to promieniowanie elektromagnetyczne towarzyszce

rozpadom promieniotw�rczym (og�lnie zjawiskom jdrowym). Jdro piewrwiastka

podlegajc rozpadowi  (alfa) lub  (beta) zazwyczaj znajduje si w stanie wzbu-

dzonym i podczas powracania do stanu podstawowego emituje kwant  o energii

r�wnej r�nicy midzy energi stanu podstawowego i wzbudzonego. Przy czym zawsze

promieniowaniu gamma towarzyszy promieniowanie  lub  . Podczas przechodzenia

przez materi kwant  (foton) moe zosta zaabsorbowany lub rozproszony. W pierw-

szym przypadku foton ulega zjawisku fotoelektrycznemu lub tworzy par elektron-

pozyton; w przypadku rozpraszania zachodzi efekt Comptona.

Zjawisko fotoelektryczne

Kiedy kwant  posiada niewielk energi i pada na atom to zostanie on pocho-

nity, a jego enrgia zostanie zuyta na wybicie elektronu (z powoki blisko

jdra) i nadaniu tenu elektronowi energii kinetycznej, co mona zapisa:

h = W + Ek (1)

gdzie h jest energi padajcego kwantu,

W - energia wizania elektronu (zwana prac wyjcia),

Ek to energia kinetyczna wybitego elektronu.

Zjawisko to zachodzi pod warunkiem ,e energia fotonu jest wiksza od energii

wizania elektronu w atomie.

Zjawisko tworzenia par elektron-pozyton

Zjawisku temu podlegaj kwanty  o najwikszych energiach. Caa energia fotonu

jest cakowicie zamieniana na energie spoczynkowe i kinetyczne dw�ch czstek

elektronu i antyelektronu zwanego pozytonem (pozyton posiada t sam mas i ten

sam adunek - co do wartoci - co elektron, ale o przeciwnym znaku). Poniewa

musi by zachowany cakowity pd i energia utworzenie pary pozyton-elektron

nie moe odby si w pr�ni. Para powstaje w obecnoci trzeciej czstki (np.

jdra lub elektronu), kt�ra pochania enrig i uzyskuje pd odrzutu. Energety-

czny bilans tego zjawiska wyraa si wzorem:

h = 2m c^2 + Ek + Ek + Ek (2)

gdzie: h - energia kwantu ,

m c^2 = 0.511 MeV - energia spoczynkowa elektronu,

Ek - enrgia kinetyczna pozytonu

Ek - enrgia kinetyczna elektronu

Ek - enrgia odrzutu jdra lub elektronu, w kt�rego obecnoci powstaa para.

Minimalna enrgia kwantu , potrzebna do utworzenia pary elektron-pozyton wynosi:

h = 2m c^2(1 + m /M) (3)

gdzie: m jest mas elektronu

M - masa czstki, w obecnoci kt�rej zachodzi zjawisko.

Jak wida z powyszego wzoru energia minimalna maleje ze wzrostem masy M.

Zjawisko Comptona

Efekt ten powduje rozproszenie kwantu  na elektronie, powodujc zmian czs-

toci drga jak r�wnie kieurnku ruchu kwantu, a take nadanie energii kinety-

cznej elektronowi. Zapsiujc r�wnania zasady zachowania pdu i energii i po ich

rozwizaniu otrzymamy zaleno na energi fotonu roproszonego. Wyraa si ona

wzorem:

m c^2

h ' = h * ---------------------------- (4)

m c^2 + h *(1 - cos )

gdzie:  - kt rozproszenia kwantu .

Jak wida z powyszej zalenoci energia fotonu (kwantu ) maleje wraz ze

wzrostem kta rozproszenia, z wic i maleje czsto rozproszonego fotonu.

Prawo osabieia wizki promieniowania  przy przechodzeniu przez materi

Podczas przechodzenia wizki przez materi cz wizki zostaje "wyeliminowana"

w jednym z opisanych wczeniej zjawisk.

Zakadajc, e na warstw absorbentu dx pada N faton�w. Zatem ich ubytek -dN

bdzie wprost proporcjonalny do liczby foton�w N i gruboci materii dx, co

mona opisa wzorem:

-dN = Ndx

gdzie  jest wsp�czynnikiem proporcjonalnoci zwanym wsp�czynnikiem osabienia.

Po scakowaniu powyszego wzoru otrzyma si ilo foton�w przechodzcych przez

absorbent o gruboci x:

N = No * exp(-x) (5)

gdzie No jest liczb foton�w padajcych na materi, za N liczb foton�w, kt�re

przeszy przez absorbent.

Rozwaany wsp�czynnik osabienia jest sum wsp�czynnik�w pochodzcych od

zjawisk:

- fotoelektrycznego 

- Comptona 

- tworzenia par elektron-pozyton 

Na prawdobodobiestwo zachodzenia opisanych wyej zjawisk ma take wpyw

liczba porzdkowa Z. Najwiksze jest prawdopodobiestwo wystpienia zjawiska

fotoelektrycznego - prawdobodobiestwo jest proporcjonalne do Z - Z . Moliwo

wystpienia rozpraszania comptonowskiego jest wprost proporcjonalne do Z.

Natomiast prawdobodobiestwo tworzenia par ronie nieco silniej ni efektu

Comptona i jest proporcjonalne do Z�. Wynika zatem, e bardzo dobrymi osonami

przez promieniowaniem  s osony z materia�w o wysokiej liczbie porzdkowej

Z, np. o�w.

LIcznik Geigera - Mellera

Urzdzeniem sucym do rejestracji kwant�w  wykorzystuje si licznik

Geigera - Mellera. Jest to zazwyczaj cienkocienna rurka metalowa lub szklana

metalizowana stanowica katod, wzdu kt�rej przechodzi cienki drucik - anoda.

Owa rurka wypeniona jest gazem, zawyczaj szlachetnym. Midzy anod i katod

przyoone jest wysokie napicie. Zasada dziaania (w duym uproszczeniu) jest

nastpujca. Kwant promieniowania ,  lub  wywouj jonizacj gazu znajduj-

cego si w bace. Elktrony powstajce w wyniku jonizacji s bardzo silnie przy-

spieszane w kierunku anody i uzyskuj dostateczn energi w celu wywoania

dalszej jonizacji. Rozwijajca si lawinowo jonizacja powoduje powstanie co

raz wikszej liczby elektron�w, ale take i jon�w dodatnich tworzcych prze-

strzenny adunek doadtni. w przestrzenny adunek powoduje zmniejeszenie nat-

enia i elektrony wt�rne nie s w stanie jonizowa czsteczek gazu. Licznik

gotowy jest na rejestracj kolejnego fotonu.

Wykonanie wiczenia.

W wiczeniu r�dem promieniowania bya pr�bka cezu 137 Cs. Pr�bk promienio-

tw�rcz umieszczono w domku osonowym, do kt�rego wkadano w czasie przeprowa-

dzania wiczenia pytki nastpujcych absorbent�w: Al, Cu, Fe, Pb. W domku

znajdowa si take licznik Geigera - Mellera. Impuls elektryczny z licznika

poprzez przedwzmacniacz by przesyany do przelicznika elektronicznego.

Czas pomiaru dla wszystkich zlicze by r�wny t = 10E3s. Bd zlicze wynosi 3% .

Wykonano po 3 pomiary dla pytek aluminiowych, elaznych i miedzianych oraz dla pyt pomiar�w dla pytek

pytek oowianych 8. Nastpnie wykonano pomiar ta , kt�re przed pomiarami wynosio

126 s a po zakoczeniu pomiaru 115s.

Obliczenia i rachunek bd�w

Tabela pomiar�w.

L.p.

Materia

Grubo [mm]

Liczba zlicze [ s ]

1

Al

2.76 � 0.02

26.3 � 0.7

2

Al

11.9 � 0.11

35.0 � 1.0

3

Al

17.4 � 0.17

44.4 � 1.3

4

Fe

2.76 � 0.02

30.2 � 0.9

5

Fe

11.8 � 0.11

48.3 � 1.4

6

Fe

17.4 � 0.17

68.8 � 2.0

7

Cu

2.8 � 0.02

29.6 � 0.9

8

Cu

12.2 � 0.12

52.0 � 1.5

9

Cu

17.4 � 0.17

70.7 � 2.1

10

Pb

2.27 � 0.02

21.8 � 0.6

11

Pb

4.35 � 0.04

32.4 � 0.9

12

Pb

5.5 � 0.05

38.5 � 1.1

13

Pb

6.24 � 0.06

40.0 � 1.2

14

Pb

7.49 � 0.07

46.8 � 1.4

16

Pb

8.35 � 0.08

49.6 � 1.5

16

Pb

13.33 � 0.13

78.2 � 2.3

17

Pb

13.59 � 0.13

91.6 � 2.7

Korzystajc z metody najmniejszych kwadrat�w obliczno wspczynniki osabie-

nia dla wszystkich absorbent�w. W tym celu przeksztacono r�wnanie (5) do

postaci:

lnN = lnNo - x

Charakterystyka przedstawiona jest na wykresie.

Osabienia wyniosy odpowiednio dla:

1. Pb = 9.20 �0.09

2. Fe = 17.93�0.17

3. Cu = 21.91�0.21

4. Al = 27.74� 0.27

Wnioski .

wiczenie to pozwolio nam zcharakteryzowa poszczeg�lne materiay po wzgldem dziaania na nie pierwiastka promieniotw�rczego . Z dowiadczenia otrzymalimy , e materiaem , kt�ry najbardziej osabia promieniowanie gamma jest ol�w. Jest on najczciej spotykanym materiaem sucym do zabezpieczania materia�w promieniotw�rczych . Pozostae materiay to w kolejnoci elazo , mied i aluminium.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Sprawozdanie ćw 18, Tż, Analiza żywności II, Sprawozdania
08, Cwiczenie 5 a, SPRAWOZDANIE Z ?WICZENIA NR 12
Podstawy Teorii Okrętów Sprawozdanie nr 5 (18)
sprawozdanie biochemia 18.11, BIOLOGIA UJ, BIOCHEMIA WBBiB
53, Cwiczenie 53 b, Sprawozdanie z ?wiczenia nr53
wyznaczanie modulu sztywnosci, Sprawozdanie z ?wiczenia nr 3.
spraw34, Sprawozdanie z ?wiczenia C-9/10.
SPRAWOZDANIE nr 18(2), Studia, Politechnika
SPRAWOZDANIE nr 18(1), Studia, Politechnika
Sprawozdanie ćw 18, Bioinżynieria Produkcji żywności, Fizyka
sprawozdanie cw.18-moje, Tż, Analiza żywności II, Sprawozdania
Wyznaczanie krzywej cyklicznej odksztalcenia, SPRAWOZDANIE Z ?WICZENIA
sprawozdanie ¦çw 18
Sprawozdanie nr 18
Sprawozdanie Nr 18
Sprawozdanie Nr 18
Sprawozdanie Nr 18

więcej podobnych podstron