Wydział: Transport	Dzień/godz. Poniedziałek 8/11	Nr zespołu 15
	Data 19.03.2012
Nazwisko i Imię Adrian Bożyk Jakub Gruszczyński Przemysław Celiński	Ocena z przygotowania	Ocena z sprawozdania
Prowadzący: Andrzej Tunia	Podpis prowadzącego

Badanie osłabienia promieniowania gamma

przy przechodzeniu przez materię

1. Wstęp teoretyczny:

1. Przemiana alfa: reakcja jądrowa rozpadu, w której emitowana jest cząstka α.Strumień emitowanych cząstek alfa przez rozpadające się jądra atomowego to promieniowanie alfa. W wyniku rozpadu alfa powstające jądro ma liczbę atomową mniejszą o 2, a liczbę masową o 4 od rozpadającego się jądra.

2. Przemiana beta: jeden z typów reakcji rozpadu jądra. Jest to przemiana jądrowa, której skutkiem jest przemiana nukleonu w inny nukleon, zachodząca pod wpływem oddziaływania słabego. Wyróżnia się dwa rodzaje tego rozpadu: rozpad  (beta minus) oraz rozpad  (beta plus). W wyniku tego rozpadu zawsze wydzielana jest energia, którą unoszą produkty rozpadu. Część energii rozpadu może pozostać zmagazynowana w jądrze w postaci energii jego wzbudzenia, dlatego rozpadowi beta towarzyszy często emisja promieniowania gamma.

3. Promieniowanie gamma: wysokoenergetyczna forma promieniowania elektromagnetycznego. Promieniowaniu gamma towarzyszy promieniowanie α lub β . Podczas przechodzenia przez materię kwant γ (foton) może zostać zaabsorbowany lub rozproszony. W pierwszym przypadku foton ulega zjawisku fotoelektrycznemu lub tworzy parę elektron-pozyton; w przypadku rozpraszania zachodzi efekt Comptona.

4. Rozpraszanie comptonowskie: zjawisko rozpraszania promieniowania X (rentgenowskiego) i promieniowania gamma, czyli promieniowania elektromagnetycznego o dużej częstotliwości, na swobodnych lub słabo związanych elektronach, w wyniku, którego następuje zwiększenie długości fali promieniowania.

5. Zjawisko fotoelektryczne: zjawisko fizyczne polegające na emisji elektronów z powierzchni przedmiotu oraz na przeniesieniu nośników ładunku elektrycznego pomiędzy pasmami energetycznymi

6. Zjawisko tworzenia się par elektron-pozyton: polega na zamianie (konwersji) fotonu w

parę: pozyton i  elektron. Proces ten możliwy jest jedynie, gdy energia fotonu przekracza pewną określoną wartość zwaną energią progową, co wynika z warunku spełnienia w tym procesie praw zachowania energii i pędu. Równoczesne spełnienie obu praw zachowania wymaga, by proces ten zachodził z udziałem "trzeciego ciała", jakim może być jądro atomowe lub elektron, nie może natomiast zachodzić w próżni.

8. Współczynnik osłabienia: wyeliminowanie fotonu z wiązki nie oznacza, że cała jego energia została zaabsorbowana w materiale. Zaabsorbowana energia, to energia kinetyczna elektronów, które zostały uwolnione, bądź wyprodukowane w procesie oddziaływania fotonu z materią. W zjawisku fotoelektrycznym i procesie tworzenia par foton pierwotny znika i cała jego energia przekazywana jest naładowanym elektrycznie produktom wtórnym. Ich sumaryczna energia kinetyczna jest nieco mniejsza niż energia pierwotnego fotonu, bo w zjawisku fotoelektrycznym jego energia zużywana jest też  na pracę wyjścia a w procesie tworzenia par na wyprodukowania pary .  Zasadniczo odmienna jest sytuacja w przypadku efektu Comptona, gdzie tylko cześć energii fotonu pierwotnego przejmuje elektron w postaci swej energii kinetycznej. Znaczna cześć energii jest unoszona przez foton wtórny.

1. Przebieg ćwiczenia:

Gdy przyszliśmy na zajęcia sprzęt był już przygotowany. Do dyspozycji mieliśmy kilkanaście absorbentów ołowianych, domek pomiarowy, źródło promieniowania gamma i komputer z programem do obsługi ćwiczenia. Pierwszym etapem eksperymentu było zmierzenie tła promieniowania γ jakie znajduje się w pracowni. W tym celu usunęliśmy źródło promieniowania z domku i ustawiliśmy czas bramki na 60 sekund, dokonano pomiaru. Następne pomiary dotyczyły przenikalności promieniowania γ przez absorbenty. W tym celu włożyliśmy źródło promieniowania i rozpoczęliśmy pomiary dla absorbentów różnej grubości. Zapisywaliśmy wyniki na bieżąco i rysowaliśmy wykres zależności grubości absorbentu od logarytmy naturalnego wyciągniętego z ilości zliczeń. Wyniki pomiarów są zawarte w tabelce poniżej, a wykres w załączniku.
Gdy dokonaliśmy wszystkich pomiarów i narysowaliśmy wykres wybraliśmy dwa punkty, dla których obliczyliśmy współczynniki kierunkowe (obliczenia znajdują się w protokole).

1. Wyniki pomiarów:

Pomiar tła: liczba zliczeń (N) – 35

Nr.	d/mm	N	$$\sqrt{\mathbf{N}}$$ -błąd	ln N	$$\ln{N = \frac{1}{\sqrt{N}}}$$
1	2	1261	35,51	7,14	0,03
2	5	608	24,66	6,41	0,04
3	7	485	22,02	6,19	0,05
4	9	433	20,81	6,07	0,05
5	12	240	15,50	5,48	0,07
6	15	187	13,67	5,23	0,07
7	17	155	12,45	5,04	0,08
8	20	108	10,39	4,68	0,10
9	22	65	8,06	4,18	0,13
10	25	83	9,11	4,41	0,11
11	29	55	7,42	4,01	0,14
SUMA:

Obliczamy proste f_{a i} f_b zaznaczone na wykresie logarytmiczno – liniowym oraz współczynniki kierunkowe tych prostych.

μ_A ≈   − 0, 12

μ_B ≈   − 0, 07

$\mu_{sr} = \ \frac{| - 0,12 - 0,07|}{2}$ = 0,095 $\frac{1}{\text{mm}}$ = 0,95 $\frac{1}{\text{cm}}$

Δμ = $\frac{| - 0,12 + 0,07|}{2}$ = 0,03 $\frac{1}{\text{mm}}$ = 0,3$\frac{1}{\text{cm}}$

µ = 0,95 ± 0,3 $\frac{1}{\text{cm}}$

Obliczoną wartość absorcji znajdujemy na poniższym wykresie i odczytujemy z niego wartość energii kwantu γ.

IV. Odczytanie energii promieniowania gamma z przedstawionego wykresu

$\frac{log500 - log0,05}{\log x_{1} - log0,05} = \frac{137}{37}$ $\frac{log500 - log0,05}{\log x_{2} - log0,05} = \frac{137}{47}$

$\log x_{1} = \frac{37(log500 - log0,05)}{137} + log0,05$ $\log x_{2} = \frac{47(log500 - log0,05)}{137} + log0,05$

logx₁ = 0, 22 logx₂ = 0, 071

E₁ = x₁ = 0, 6 E₂ = x₂ = 1, 18 

$$E = \frac{|E_{1} - E_{2}|}{2} = 0,29$$

$$E = \frac{E_{1} + E_{2}}{2} = 0,89\ \left( 0,3 \right)\text{Me}V$$