Politechnika Śląska
W Gliwicach
Studia Stacjonarne
Wydział: IŚiE
Kierunek: IŚ
Grupa: 3
SPRAWOZDANIE
Temat:
Wyznaczanie energii maksymalnej promieni Beta metodą absorpcyjną.
Sekcja III:
Dominik Kołodziej
Łasocha Aleksandra
Wstęp teoretyczny.
Promieniowanie jądrowe może być wynikiem samorzutnego rozpadu niestabilnych jąder atomowych lub otrzymywane sztucznie podczas przyspieszania cząstek naładowanych. Rozpad promieniotwórczy jest przemianą jądra w inne jądro o niższym stanie energetycznym a przemianie towarzyszy emisja cząsteczek α, elektronów (cząsteczek β) lub fali elektromotorycznej (promieniowanie γ).
Prawo rozpadu promieniotwórczego ma postać:
N=N0e-λt
Gdzie:
N0-początkowa liczba jąder
N -końcowa liczba jąder
λ - stała rozpadu
Energia emitowanych cząstek β osiąga wartość od zera do pewnej wartości maksymalnej, a widmo energetyczne ma charakter ciągły. Zgodnie z zasadą zachowania energii, część energii powinna przejmować neutralna cząstka o niewielkiej masie. Taką cząstką jest neutrino, a antycząstka - antyneutrino. Energia cząstek β może osiągać wartości od 10keV do 10MeV. Największą energię posiadają cząstki w przypadku, gdy rozpad zachodzi bez udziału neutrino (bądź antyneutrino).
Stała rozpadu określa prawdopodobieństwo rozpadu jądra w czasie jednej sekundy .Szybkość rozpadu charakteryzuje czas połowicznego zaniku ,po którym liczba jąder preparatu zmniejszy się dwukrotnie :
stąd:
Opis stanowiska.
Na stanowisku pomiarowym znajdują się:
licznik Geigera-Müllera zliczający impulsy i czas promieniowania ;
źródło promieniowania β;
domek ołowiany;
mikrometr;
absorbenty (blaszki aluminiowe).
1. Włączamy przelicznik.
2. Mierzymy tło licznika (pomiar liczby zliczeń w czasie 10 min. bez preparatu).
3. Preparat promieniotwórczy umieszczamy w domku ołowianym w odległości
ok. 1 cm od okienka licznika.
4. Nastawiamy tryb pomiaru czasu zliczania [min] zadanej liczby impulsów, np.1min
5. Pomiary wykonujemy najpierw bez absorbenta , a następnie z płytkami
aluminiowymi dokładanymi na stos na preparacie.
6. Rysujemy wykres zależności N’ = f(d)
7. Rysujemy wykres zależności ln |N’| = f(d). Przedłużamy wykres do przecięcia się
z rzędną ln |Nt|. Określamy zasięg liniowy promieni β w aluminium.
8. Obliczamy zasięg masowy promieni β . Na podstawie danych z tablicy
znajdującej się w skrypcie rysujemy wykres zależności zasięgu masowego
promieni β w aluminium od ich energii maksymalnej.
9. Określamy energię maksymalną promieni β stosowanego preparatu
Pomiary i obliczenia.
Ilość zliczeń impulsów w czasie 1min w zależności od grubości absorbentu ( płytek aluminiowych ).
Tło-91 zliczeń w 10 min bez preparatu
| Lp. | Grubość d ,cm | Czas ,min | N – aktywność, 1/min | logarytm z N |
|---|---|---|---|---|
| 1. | 0 | 1 | 2105 | 7,6521 |
| 2. | 0,005 | 1 | 1123 | 7,0242 |
| 3. | 0 ,011 | 1 | 831 | 6,7226 |
| 4. | 0,016 | 1 | 618 | 6,4273 |
| 5. | 0,021 | 1 | 475 | 6,1642 |
| 6. | 0,026 | 1 | 346 | 5,847 |
| 7. | 0,031 | 1 | 269 | 5,5953 |
| 8. | 0,036 | 1 | 193 | 5,2674 |
| 9. | 0,041 | 1 | 146 | 4,9864 |
| 10. | 0,046 | 1 | 105 | 4,6629 |
| 11. | 0,051 | 1 | 81 | 4,4063 |
Wykres powyższych zależności:
Kolejnym etapem ćwiczenia jest zlogarytmowanie wartości aktywności impulsów:
Z tak wyznaczonych punktów obliczona została prosta regresji o równaniu:
y= ax + b
gdzie :
a = -60,496[1/cm] u(a)=1,623 [1/cm]
b = 7,4437[1/cm] u(b)=0,0494 [1/cm]
Przy czym współczynnik korelacji wynosi:
R= 0,994
yt - prosta powstala przez zlogarytmowanie impulsów tła ( ln It)
yt= ln 9,1 = 2,20827
Z wykresu odczytujemy wartość zasięgu liniowego który jest miejscem przecięcia wykresu ln tła z wykresem lnN’=f(d):
zl = 0,086 cm
oraz niepewność zasięgu liniowego:
u(zl)=0,001cm
Kolejnym krokiem jest obliczenie zasięgu masowego:
R = mg/cm2
gdzie gęstość aluminium wynosi:
δΑl = 2700 mg/cm3
R= 232,2 mg/cm2
u(R)=4,94 mg/cm2
Korzystając z wykresu zależności zasięgu cząsteczek w aluminium wyliczamy
wartość energii maksymalnej dla zasięgu cząsteczek o wartości 232,2 mg/cm2
(y = 232,2)
Wykres zależności zasięgu masowego promieni beta w aluminium do ich energii maksymalnej.
Emax,keV
Punkt przecięcia prostej zasięgu masowego z wykresem zasięgu cząsteczek beta w aluminium wyznacza energię maksymalną promieniowania beta badanej próbki.
E= 640 keV
u(E)= 14 keV
Wyniki końcowe.
Emax= 640 keV
Wykonane ćwiczenie wykazało, że pochłanianie energii promieniowania β jest zależne od grubości absorbenta, którym jest w naszym przypadku aluminium. Poprzez zwiększanie grubości absorbenta liczba przenikających przez absorbent cząstek β maleje.