Politechnika Śląska
Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki
Grupa dziekańska ....

SPRAWOZDANIE

z laboratorium z Fizyki

Sekcja nr 4
1 Wieczorowski Krzystof
2 Grossek Łukasz
3 Lech Sebastian

Wydział: Inżynieri Środowiska i Energetyki

Kierunek:Energetyka

Temat: Pochłanianie promieniowania gamma

1. Wstęp teoretyczny

Promieniowanie γ jest jednym z wysokoenergetycznych, elektromagnetycznych promieniowań jądrowych. Powstaje ono w trakcie przechodzenia jądra atomowego o wzbudzonym stanie energetycznym do stanu niższego. Różnica energii pomiędzy tymi poziomami zostaje wypromieniowana w postaci kwantu promieniowania elektromagnetycznego - fotonu γ

Promieniowanie to oddziałuje z ośrodkiem, w którym się rozchodzi, czyli z elektronami, jądrami i polem elektrycznym jądra. Z oddziaływaniami tymi mamy do czynienia w zjawiskach:

1. fotoelektrycznym;

1. tworzenia par elektron-pozyton;

1. zjawisku Comptona.

W celu zbadania oddziaływania promieniowania γ z materią najlepiej jest wykorzystać zjawisko Comptona, ponieważ w dwóch pozostałych zjawiskach oddziałujący foton γ zostaje całkowicie zaabsorbowany. W zjawisku fotoelektrycznym energia fotonu zostaje zużyta na jonizację fotonu i nadanie energii kinetycznej wybitemu elektronowi. Podczas tworzenia się par elektron-pozyton przy współdziałaniu jądra foton przekształca się w elektron i pozyton. Natomiast w zjawisku Comptona część energii fotonu γ zostaje przekazana elektronowi, z którym się zderza. Foton o niższym poziomie energii zostaje odchylony o pewien kąt od kierunku pierwotnego.

Jeśli na drodze wiązki promieniowania γ zostanie umieszczona płytka absorbenta, to jej natężenie zmaleje, ponieważ kwanty γ są usuwane z wiązki w skutek oddziaływania z absorbentem. Usuwanie zachodzi z określonym prawdopodobieństwem zależnym od energii fotonów wiązki i materiału absorbenta.

Oddziaływanie fotonów γ z materią można scharakteryzować za pomocą prawdopodobieństwa usunięcia z wiązki na jednostkę drogi przebytej w absorbencie. Własność:

n(x) = n₀ * e ^-px

określa ilość n kwantów w wiązce w zależności od drogi x przebytej w absorbencie, gdzie:

n₀ - początkowa ilość kwantów γ;

p - prawdopodobieństwo przypadające na jednostkę drogi w absorbencie.

Grubość absorbenta osłabiającego natężenie wiązki do połowy początkowej wartości nazywamy grubością połówkowego osłabienia i wynosi ona:

x_1/2 = ln 2/p.

Ponieważ w konkretnym materiale wartość x_1/2 zależy jednoznacznie od energii promieniowania γ, więc można jej użyć do wyznaczenia tej energii.

2. Opis stanowiska pomiarowego

Źródło promieniowania umieszczone jest w pojemniku ołowianym, w którego bocznej ścianie znajduje się wąski otwór spełniający role kolimatora promieniowania gamma (γ). Promieniowanie γ emitowane jest przez izotop ⁶⁰Co, który rozpada się w reakcji:

.

Detektorem promieniowania jest mały licznik Geigera - Mullera umieszczony za osłoną ołowianą, tuż za wąskim otworem wykonanym w jej ściance. Między źródłem a detektorem umieszcza się płytki ołowiane uzyskując w ten sposób różne grubości warstwy absorbenta. Można wykorzystać do tego celu również płytki wykonane z aluminium lub tekstolitu. Całe stanowisko pomiarowe znajduje się w obudowie wykonanej z kształtek ołowianych. Z licznikiem Geigera - Mullera współpracuje aparatura elektroniczna zapewniająca zasilanie licznika stabilizowanym napięciem oraz umożliwiająca pomiar szybkości zliczeń impulsów.

2. Tabele pomiarowe i Wykres

Pomiar tła i średnia tła.

Lp.	Czas [min]	Ilość impulsów [imp]
1	1	48
2	2	51
3	3	58
4	4	54
5	5	59
Średnia tła		54

Pomiar ilości zliczeń przy zmieniej grubości przesłony ( często pomiar impulsów był mniejszy niż 800 wówczas wykonywany był kolejny pomiar dla tej samej przeszlony do puki nie została przekroczna liczba 800 impulsów w naszej tabeli będzie zapisana średnia tych wyników w jednej tabeli i liczbe zliczeń na 1 minute w derugiej ).

L.p.	Grubość przesłony [mm]	Liczba zliczeń [imp/min]	Liczba zliczeń na 1min. [imp/min]	Liczba zliczeń po uwzględnieniu tła [imp/min]	Logarytm impulsów
1	0	964	964	910	6,81
2	5,1	1416-2 min	708	654	6,48
3	10,8	1556-3 min	519	465	6,14
4	16	1230-3 min	410	356	5,87
5	21	1164-4 min	291	237	5,46
6	31,3	632-4 min	158	104	4,64
7	41,8	403-4 min	101	47	3,85

Od wyznaczonej szybkoœci zliczeń impulsów została odjęta wartością tła. Otrzymane wartości zostały po zlogarytmowaniu naniesione na wykres w zależności od grubości przysłony:

5. Obliczenia

Równanie prostej regresji:

y = ax + b

gdzie :

a = -0,52  , cm]

b = 8,08  ,

Współczynnik kątowy a prostej regresji służy do obliczenia grubości połówkowego osłabienia d_1/2:

przy czym bąd wynosi:

Podstawiając wartości liczbowe otrzymujemy:

d_1/2 = 1,12 [ cm ]

d_1/2 = 0,03 [ cm ]

Najczęściej wartośc grubości połówkowego osłabienia wyraża sie w jednostkach masowych:

d_m = d_1/2 * ρ_Pb

d_m = 11,48 [ g/cm² ]

d_m = 0,42 [ g/cm² ]

gdzie gęstość ołowiu wynosi:

ρ_Pb = 11,34 [ g/cm³ ]

Korzystając z wykresu zale¿noœci gruboœci po³ówkowego os³abienia od energii promieniowania γ ( skrypt nr 1824, str. 131 ) mo¿na odczytaæ œredni¹ wartoœæ energii tego promieniowania:

E = 1,14 [ MeV ]

E = 0,17 [ MeV ]

6. Wyniki

W wyniku przeprowadzonego doświadczenia wyznaczone zostały:

• grubość połówkowego osłabienia:

d_1/2 = 1,12  0,03 [ cm ]

d_m = 11,48  0,42 [ g/cm² ]

• średnia wartość energii promieniowania γ:

E = 1,14  0,17 [ MeV ]

7. Wnioski

Ponieważ energia promieniowania γ izotopu ⁶⁰Co mieści się w granicach 1,17 - 1,33 MeV, i można uznać go za prawidłowy .

Doszliśmy także do wniosku że wraz ze wzrostem grubości absorbenta maleje liczba zliczeń impulsów licznika G - M. Jest to spowodowane osłabieniem natężenia wiązki. Porównując grubość połówkowego osłabienia ołowiu z innymi materiałami (odczytano z tablic , nie przeprowadzaliśmy dodatkowych pomiarów gdyż nie mieliśmy na to czasu) dochodzimy do wniosku że ołów bardzo dobrze pochłania promieniowanie γ , co wyjaśnia dlaczego jest tak często stosowany przy ochronie przeciwko promieniowaniu , zwrócić tu trzeba jednak uwagę na to że nie zatrzymuje zawsze promieniowania w 100% jednakże zmniejsza je do takiego stopnia ze nie może ono już w zbytnim stopniu zagrażać ludzkiemu zdrowiu .

Dokładnośc wyników była by większa gdyby pomiar można było wykonac większą iliśc razy , oraz gdyby użądzenie pomiarow było dokładniejsze a płytki ołowiowe szczelniej przylegaly do siebie i do szczeliny .

1

6

---