POLITECHNIKA ŚLĄSKA

GLIWICE, 14.03.2000

LABORATORIUM FIZYKI

ABSORPCJA PROMIENIOWANIA GAMMA

INFORMATYKA

GRUPA VI SEKCJA I

Arkadiusz JESTRATJEW

Tomasz KACZMARZYK

Adrian NOWAK

Wstęp teoretyczny

Promieniowanie γ to wysokoenergetyczne promieniowanie elektromagnetyczne. Jest jednym z rodzajów promieniowania jądrowego. Emitowane jest przez jądro atomowe, które przechodząc ze stanu energetycznego wzbudzonego do stanu niższego wypromieniowuje różnicę energii między tymi stanami w postaci kwantu promieniowania elektromagnetycznego - fotonu γ.

Promieniowanie γ może oddziaływać z elektronami i jądrami, a także z polem elektrycznym elektronów oraz polami elektrycznym i mezonowym jąder. Każde z tych oddziaływań może prowadzić do całkowitej absorpcji lub też rozpraszania promieniowania γ.

Wiele z możliwych procesów występuje z bardzo małym prawdopodobieństwem, tak, że praktycznie w absorpcji promieniowania γ znaczenie mają trzy zjawiska:

• zjawisko fotoelektryczne

• zjawisko Comptona

• zjawisko tworzenia par elektron-pozyton.

Pierwsze i trzecie zjawisko prowadzi do całkowitej absorpcji fotonu γ. W zjawisku Comptona przekazywana jest elektronowi część energii fotonu γ, a foton o mniejszej energii porusza się w kierunku odchylonym o pewien kąt od pierwotnego. Każde z wymienionych zjawisk zachodzi z określonym prawdopodobieństwem zależnym od energii i od materiału absorbenta.

Obserwowane natężenie promieniowania γ maleje wykładniczo ze wzrostem grubości warstwy absorbenta.

Stanowisko pomiarowe

Podstawowym elementem stanowiska pomiarowego jest licznik Geigera-Müllera oraz źródło promieniowania γ w ołowianej osłonie, posiadającej niewielki otwór, dzięki czemu promieniowanie γ jest emitowane przez źródło w postaci ukierunkowanej wiązki. Otwór ten można zamknąć ołowianym korkiem w celu dokonania pomiaru natężenia promieniowania tła. Powyżej otworu znajduje się pręt umożliwiający zawieszenie absorbenta (ołowianych płytek o różnych grubościach) pomiędzy źródłem promieniowania a licznikiem. W skład stanowiska pomiarowego wchodzą ponadto przyrządy pomocnicze: suwmiarka do określenia grubości absorbenta oraz stoper.

Obliczenia

Pierwszym etapem doświadczenia było dokonanie serii pięciu jednominutowych pomiarów promieniowania tła. Na ich podstawie --> obliczyliśmy[Author:AJ] średnie promieniowanie tła według wzorów:

Obliczone średnie natężenie promieniowania tła wynosi 47±4 [1/min]

Wyniki pomiarów natężenia promieniowania zawiera poniższa tabela:

Otrzymane w ten sposób dane przedstawia wykres. Metodą regresji liniowej --> dopasowaliśmy [Author:AJ] prostą wyznaczającą stałą absorpcji. Współczynniki prostej są równe:

a = - 0,0634 ± 0,0013 [1/cm]

b = 7,198 ± 0,028 [/]

Liniowy współczynnik absorpcji μ = -a, błąd Δμ = Δa. Grubość połowicznej absorpcji --> wyznaczyliśmy [Author:AJ] ze wzorów:

d­_1/2 = 10,93 ± 0,22 [mm] = 1,093 ± 0,022 [cm]

Grubość połówkowego osłabienia w jednostkach masowych wyraża się wzorami:

x­1/2 = 12,39 ± 0,25 [g/cm2]

ρ_Pb = 11,34 [g/cm³]

Korzystając z wykresu zależności połówkowego pochłaniania od energii promieniowania γ (skrypt nr 1824, str. 131) można odczytać średnią energię fotonów tego promieniowania:

E = 1,2 ± 0,3 [MeV]

Wnioski

Zmierzona podczas wykonywania ćwiczenia wartość liniowego współczynnika absorbcji jest wyznaczona z dość dużą dokładnością (względny błąd wynosi nieco ponad 2%). W konsekwencji równie dokładne są wartości grubości połówkowego osłabienia, obliczone na podstawie współczynnika absorpcji (ich względne błędy również są w okolicach 2%). Zdecydowanie gorsza dokładność wyznaczenia średniej energii promieniowania γ spowodowana jest koniecznością odczytania jej wartości z wykresu. Podczas opracowywania wyników nie uwzględnialiśmy błędów pomiaru czasu, gdyż są one o rząd wielkości mniejsze niż błędy ilości zliczeń, zatem wpływ błędów pomiaru czasu na ostateczny wynik jest pomijalnie mały.

Podczas wykonywania ćwiczenia --> otrzymaliśmy [Author:AJ] następujące wyniki:

liniowy współczynnik absorpcji:	μ = 0,0634 ± 0,0013 [1/cm]
grubość połówkowego osłabienia:	d­1/2 = 1,093 ± 0,022 [cm] x­1/2 = 12,39 ± 0,25 [g/cm2]
średnia energia promieniowania γ:	E = 1,2 ± 0,3 [MeV]

Płeć!!!

---