Ćwiczenie W5

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.

Elektrony, ze względu na swoją mała masę i fakt posiadania ładunku elektrycznego, łatwo oddziałują z materią. Przechodząc przez próbkę substancji są pochłaniane i rozpraszane na kilka sposobów:

- sprężyste zderzenia z elektronami związanymi z atomem

- niesprężyste zderzenia z elektronem walencyjnym

- sprężyste zderzenie z jądrem atomowy

- hamowanie w polu elektrycznym atomu

Źródłem strumienie elektronów mogą być procesy naturalne, jak na przykład:

- rozpad jądrowy β,

- promieniowanie kosmiczne.

Cząstki mają taką samą masę jak elektron, ale ładunek dodatni. W związku z tym rozpad β można podzielić na:

- rozpad β^-

- rozpad β⁺

- wychwyty elektronu

Opis układu:

Zasadniczym składnikiem aparatury pomiarowej jest źródło promieniotwórczego. Do zliczania ilości elektronów służy licznik Geigera-Mullera połączony ekranowanym kablem z rurką pomiarową. Pomiędzy źródłem promieniowania a rurką pomiarową licznika umieszcza się płytki badanej substancji. Do ich mocowania służy specjalna śruba. Licznik Geigera-Mullera wyposażony jest w nastawę czasową umożliwiającą zliczanie impulsów w zadanym czasie. Licznik można także włączyć na dowolny okres, posługując się przyciskiem START/STOP. Zerowanie licznika można przeprowadzić wciskając przycisk RESET.

Wyniki pomiarów:

Pomiar dla otoczenia (bez źródła promieniowania)

nT	Liczba zliczeń	13	14	10	9	15	10	26	19	18	12
tT	Min	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
NT	Liczba zliczeń/min	13	14	10	9	15	10	26	19	18	12

Pomiar dla tła n_T

nT	Liczba zliczeń	5458	5378	5317	5442	5357
tT	Min	1	1	1	1	1
NT	Liczba zliczeń/min	5458	5378	5317	5442	5357

Średnia dla tła n_T = 5390 Średnia dla otoczenia (bez źródła promieniowania) = 15

N płynące ze źródła N_śr - N_tła = 5390 -15 = 5375

Ln5375 = 8,59

Pomiary dla różnych grubości badanego w danym momencie absorbentu.

Pomiar nr1

	Absorbent:	Polimetakrylan metylu
	Jednostka
x	mm	1	2	3	4	5
nT	Liczba zliczeń	3461	1992	1058	498	222
t	Min	1	1	1	1	1
N	Liczba zliczeń / min	3461	1992	1058	498	222

Pomiar nr2

	Absorbent:	Polimetakrylan metylu
	Jednostka
x	mm	1	2	3	4	5
nT	Liczba zliczeń	3376	1933	1046	501	205
t	Min	1	1	1	1	1
N	Liczba zliczeń / min	3376	1933	1046	501	205

Pomiar nr3

	Absorbent:	Polimetakrylan metylu
	Jednostka
x	mm	1	2	3	4	5
nT	Liczba zliczeń	3308	1974	1075	482	214
t	Min	1	1	1	1	1
N	Liczba zliczeń / min	3308	1974	1075	482	214

Średnia pomiarów

	Absorbent:	Polimetakrylan metylu
	Jednostka
x	mm	1	2	3	4	5
nT	Liczba zliczeń	3382	1966	1060	494	214
t	Min	1	1	1	1	1
N	Liczba zliczeń / min	3382	1966	1060	494	214
N - NT	Liczba zliczeń / min	3367	1951	1045	479	199
Ln(N- NT)		8,12	7,56	6,95	6,17	5,29

Pomiar nr1

	Absorbent:	Bakelit
	Jednostka
x	mm	1	2	3	4	5
nT	Liczba zliczeń	2924	1337	588	214	50
t	Min	1	1	1	1	1
N	Liczba zliczeń / min	2924	1337	588	214	50

Pomiar nr2

	Absorbent:	Bakelit
	Jednostka
x	mm	1	2	3	4	5
nT	Liczba zliczeń	2856	1356	555	193	47
t	Min	1	1	1	1	1
N	Liczba zliczeń / min	2856	1356	555	193	47

Pomiar nr3

	Absorbent:	Bakelit
	Jednostka
x	mm	1	2	3	4	5
nT	Liczba zliczeń	2865	1350	577	205	56
t	Min	1	1	1	1	1
N	Liczba zliczeń / min	2865	1350	577	205	56

Średnia pomiarów

	Absorbent:	Bakelit
	Jednostka
x	mm	1	2	3	4	5
nT	Liczba zliczeń	2882	1348	573	204	51
t	Min	1	1	1	1	1
N	Liczba zliczeń / min	2882	1348	573	204	51
N - NT	Liczba zliczeń / min	2867	1333	558	189	36
Ln(N- NT)		7,96	7,20	6,32	5,24	3,58

Pomiar nr1

	Absorbent:	Aluminium
	Jednostka
x	mm	1	2	3	4	5
nT	Liczba zliczeń	1416	273	37	20	21
t	Min	1	1	1	1	1
N	Liczba zliczeń / min	1416	273	37	20	21

Pomiar nr2

	Absorbent:	Aluminium
	Jednostka
x	mm	1	2	3	4	5
nT	Liczba zliczeń	1383	272	39	16	18
t	Min	1	1	1	1	1
N	Liczba zliczeń / min	1383	272	39	16	18

Pomiar nr3

	Absorbent:	Aluminium
	Jednostka
x	mm	1	2	3	4	5
nT	Liczba zliczeń	1489	268	42	29	18
t	Min	1	1	1	1	1
N	Liczba zliczeń / min	1416	273	37	20	21

Średnia pomiarów

	Absorbent:	Aluminium
	Jednostka
x	mm	1	2	3	4	5
nT	Liczba zliczeń	1429	271	39	22	19
t	Min	1	1	1	1	1
N	Liczba zliczeń / min	1429	271	39	22	19
N - NT	Liczba zliczeń / min	1414	255	25	7	4
Ln(N- NT)		7,25	5,54	3,22	1,95	1,39

Wykresy ln(N- N_T ) w funkcji grubości próbki x:

Polimetakrylan metylu

Bakelit

Aluminium

Obliczenia:

μ - współczynnik absorpcji

μ* - masowy współczynnik absorpcji

ρ - gęstość substancji

Współczynnik absorpcji µ oraz jego błąd dla polimetakrylan metylu

a₃ = - 0,66 [mm^-1] ∆a₃ = 0,03 [mm^-1]

µ = (0,66 ± 0,03) mm^-1

ρ_{pm =} 1,18 [g/cm³ ]= 0,00118 [g/mm³]

μ*_pm = µ_pm / ρ_pm = (556 ± 1) mm²/g

Współczynnik absorpcji µ oraz jego błąd dla bakelitu

a₁ = - 0,97 [mm^-1] ∆ a₁ = 0,09 [mm^-1]

µ_Bakelit = (0,97 ± 0,09) mm^-1

ρ_Bakelit = 1,39 [g/cm³ ]= 0,00139 [g/mm³]

μ*_Bakelit = µ_Bakelitu/ρ_Bakelitu = (701 ± 1) mm²/g

Współczynnik absorpcji µ oraz jego błąd dla aluminium

a₂ = - 1,55 [mm^-1] ∆ a₂ = 0,12 [mm^-1]

µ_Aluminium = (1,55 ± 0,12) mm^-1

ρ_Aluminium= 2,70 [g/cm³ ]= 0,0027 [g/mm³]

μ*_Aluminium = µ_Aluminium / ρ_Aluminium = (574 ± 1) mm²/g

Wnioski:

1.Wraz ze wzrostem grubości płytki materiału spada ilość elektronów, które przechodzą przez płytkę;

2. Na wielkość absorpcji elektronów ma więc wpływ zdecydowanie grubość materiału;

3. W przeprowadzonym doświadczeniu najlepiej absorbującym materiałem jest aluminium, znacznie słabiej pochłania elektrony bakelit, a najsłabiej polimetakrylan metylu;

4. Aby zmniejszyć promieniowanie należy więc maksymalnie wypełnić(materiałem absorbującym elektrony) przestrzeń pomiędzy źródłem promieniowania a odbiornikiem;

Czynniki jakie mogą mieć wpływ na dokładność uzyskanych w doświadczeniu rezultatów to otoczenie w jakim doświadczenie zachodzi (brak „sterylności” otoczenia) oraz błędy obserwatora.

---