I. Wstęp teoretyczny
Falami elektromagnetycznymi o dł. mniejszych niż promieniowanie Rentgena są promienie γ. Uzyskuje się je podczas naturalnych lub sztucznych przemian jądrowych oraz w wyniku zderzeń cząstek naładowanych. Najczęściej spotykane źródła promieni γ wykorzystuje rad, kobalt cez. Ponieważ dł. fali tych promieni jest bardzo mała, więc energia kwantów tego promieniowania hv=nc/γ, przyjmuje bardzo duże wartości. Stąd też promieniowanie γ łatwo przenika przez większość ciał. Działanie na materię promieni g określa się podając tzw. ekspozycję-dawkę ekspozycyjną. Jednostką ekspozycji jest i R(Rentgen) . Jest to ilość promie. γ , która wytwarza w 1 cm3 suchego powietrza w warunkach normalnych, w wyniku całkowitej jonizacji, ładunek elektryczny jonów jednego znaku równy jednostce elektrostatycznej ładunku. Dla określenia biologicznego działania promieniowania wprowadzono biologiczny równoważnik rentgena. Jest to ilość energii promieniowania pochłonięta przez tkankę równoważną biologicznie dawce i R prom. γ . Jako nieszkodliwą dla organizmu ludzkiego uważa się dawkę, która jest ok. 250 razy większa od dawki pochodzącej od tła promieniowania kosmicznego i promieniowania z wnętrza Ziemi. Za śmiertelną dla człowieka dawkę uważa się dawkę przekraczającą 500 R.
W wyniku oddziaływania z atomem kwant γ może zostać zaabsorbowany. Na skutek tego jeżeli energia kwantu hv jest dostatecznie duża tzn. większa od energii wiązania w jądrze elektronu, jeden z elektronów atomu może ulec oderwaniu. Energia takiego elektronu (fotoelektronu) T zależy od energii kwantu γ T=hv-I i-Ta gdzie : I - energia wiązania elektr. W atomie na orbicie „i”, Ta - energia odrzutu atomu bardzo mała w porównaniu z T.
Wybiciu ulegają tylko elektrony silnie związane. Efekt ten nie może zachodzić na elektronach swobodnych, kiedy cała energia i pęd kwantu γ byłyby przekazane tylko elektronowi. W tym przypadku nie mogłyby być jednocześnie spełnione zasady zachowania pędu i energii. W przypadku elektronu silnie związanego kwantu γ oddziałuje z całym otoczeniem i przekazuje mu część pędu; wtedy zasady zachowania pędu i energii mogą być jednocześnie spełnione. Przy przejściu promieni γ przez materię zachodzi charakterystyczna dla promieniowania elektromagnetycznego absorpcja wykładnicza, w odróżnieniu absorpcji cząstek naładowanych, dla których istnieje określony związek między energią a zasięgiem.
Współczynnik aberacji (osłabienia) określa względne osłabienie wiązki w warstwie o grubości jednostkowej. Iloczyn μx jest wielkością niemianowaną. Używamy również wielkości, które nazywamy masowym współczynnikiem aberacji.
Zjawisko fotoelektryczne jest charakteryzowane przez liniowy współczynnik pochłaniania μf w [cm] lub masowy współczynnik pochłaniania μf/p [g-1cm2] , gdzie p jest gęstością absorbenta. Liniowy i masowy współczynnik pochłaniania dla zjawiska fotoelektrycznego określają odpowiednio jaka część strumienia promieni γ ulegnie absorbcji w zjawisku fotoelektrycznym przy przejściu przez warstwę o grubości 1 cm i 19 cm2. Tworzenie się par elektron - pozyton zachodzi w polu elektrycznym jądra lub elektronu jeżeli energia kwantu γ jest większa od dwukrotnej energii spoczynkowej elektronu hv progowe > 2m0c2 gdzie m0 - masa spoczynkowa elektronu w wyniku czego znika kwant γ i powstaje para elektro-pozyton. Fotoreakcje są to procesy związane z wychwyceniem przez jądro kwantu γ i emisją neutronu lub cząsteczki naładowanej. W przypadku ciężkich jąder pod działaniem kwantów γ może nastąpić rozszczepienie. W celu wyznaczenia energii promieniowania γ metodą połówkowego osłabienia będziemy korzystać z licznika Geigera - M*llera. Pomiędzy źródło a detektor umieszczamy kolejno : jedną, dwie, itd. płytki miedziane (następnie ołowiane) i każdorazowo odczytujemy liczbę impulsów w ciągu czasu. Tło czyli liczbę zliczeń bez źródła promieniowania zt przyjmujemy zt=22imp/100s. Pomiary należy zacząć z absorbenta.
Tabela pomiarowa
Ι miedź |
ΙΙ ołów |
||||||
Ilość płytek |
dn |
zn |
zt |
Ilość płytek |
dn |
zn |
zt |
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 |
|
|
|
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 |
|
|
|