Absorbcja elektronów
pochodzących z rozpadu β

Cel Ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie współczynnika pochłaniania elektronów w różnych materiałach na podstawie pomiaru ilości elektronów przechodzących przez próbkę, w zależności od jej grubości oraz wyznaczenie masowego współczynnika pochłaniania.

Źródłem elektronów w układzie będzie radioaktywny izotop ⁹⁰Sr, który będzie ulegał rozpadowi β. Rozpad β jest jedną z przemian jądrowych, podczas której powstają elektrony, a także ich antycząstki - pozytony. W wiązce elektronów, podczas przechodzenia przez próbkę substancji, cześć elektronów tak wytraca swoją energię, że mówimy, że zostały pochłonięte.

Z poniższego wzoru na ilość elektronów przechodzących przez próbkę:

N_k = N₀ e ^–μx

w zależności od grubości próbki (x), mierząc odpowiednio ilość elektronów początkowych i poziom promieniowania tła (pomniejsze pierwszej wielkości o drugą daje N₀) oraz ilość elektronów, której przeszły przez próbkę (N_k) można wyznaczyć wartość współczynnika pochłaniania elektronów.

Masowy współczynnik absorpcji określony jest zależnością:

μ = μ* ρ

Posługując się gęstościami badanych próbek (ρ) jak i również korzystając z wcześniej wyznaczonego współczynnika pochłaniania elektronów (μ), można wyznaczyć masowy współczynnik pochłaniania.

Metoda pomiaru i układ pomiarowy

Ćwiczenie składało się z następujących czynności:

1. Wyznaczenie współczynnika pochłaniania elektronów:

Wykonałem jeden pomiar poziomu promieniowania tła. Następnie przeprowadziłem pomiar poziomu promieniowania ze źródłem promieniowania, bez absorbentu. Kolejnym krokiem było zmierzenie grubości pojedynczej płytki absorbentu oraz przeprowadzenie pomiaru poziomu promieniowania z absorbentem, z każdym pomiarem zwiększając ilość płytek. Czynności te powtarzałem dla innych absorbentów.

Układ pomiarowy użyty w tym ćwiczeniu składał się z:

- źródła promieniotwórczego
- licznik Geigera - Müllera wraz z kablem i rurką pomiarową
- płytek badanych substancji

Wyniki pomiarów

Poziom promieniowania tła:

nT	t T [min]	NT
75	5	15

Poziom promieniowania bez absorbentów

n0	t T [min]	N0
3079	1	3079
3223	1	3223
3129	1	3129
3135	1	3135
3067	1	3067

N_{o średnie} = 3126,6

• Papier

l.p	X [mm]	Npomiaru – Ntła
1	0,3	2796
2	0,6	2466
3	0,9	2193
4	1,2	1964
5	1,5	1656

Współczynnik absorpcji μ dla papieru:

μ = (0,425 ± 0,02) [1/mm]

• Aluminium

l.p	x [mm]	Npomiaru – Ntła
1	0,25	2119
2	0,5	1468
3	0,75	1034
4	1	719
5	1,25	480

Współczynnik absorpcji μ dla aluminum:

μ = (1,473 ± 0,02) [1/mm]

• Polipropylen

l.p	X [mm]	Npomiaru – Ntła
1	0,25	2119
2	0,5	1468
3	0,75	1034
4	1	719
5	1,25	480

Współczynnik absorpcji μ dla polipropylenu:

μ = (0,421 ± 0,03) [1/mm]

• Polimetakrylan metylu

l.p	X [mm]	Npomiaru – Ntła
1	1	1945
2	2	1023
3	3	497
4	4	248
5	5	96

Współczynnik absorpcji μ dla Polimetakrylanu metylu:

μ = (0,743 ± 0,03) [1/mm]

• Tworzywo fenolowo - formaldehydowe (bakelit)

l.p	X [mm]	Npomiaru – Ntła
1	1	1677
2	2	796
3	3	327
4	4	100
5	5	21

Współczynnik absorpcji μ dla tworzywa fenolowo - formaldehydowego:

μ = (1,083 ± 0,09) [1/mm]

Na podstawie wyznaczonych współczynników pochłaniania elektronów oraz posługując się wartościami gęstości badanych probówek, sporządzono wykres μ(ρ) oraz wyznaczono metodą najmniejszych kwadratów masowego współczynnika absorpcji μ^* wraz z błędem:

Substancja	Papier	Aluminum	Bakelit	Polipropylen	polimetakrylan metylu
ρ [g/cm^3]	0,852	2,70	1,39	0,90	1,18

Wyniki końcowe:

Substancja	Współczynnik absorpcji μ [1/mm]
Papier	(0,425 ± 0,02)
Aluminium	(1,473 ± 0,02)
Bakelit	(1,083 ± 0,09)
Polimetakrylan metylu	(0,743 ± 0,03)
Polipropylen	(0,421 ± 0,03)

Masowy współczynnik absorpcji µ^* wyniósł:

µ^* = (1,567±0,34 ) [mm²/g]

Wnioski

Na podstawie powyższego ćwiczenia można zaobserwować oddziaływanie elektronów z materią. Jest to możliwe dzięki temu że elektrony posiadają małą masę i ładunek elektryczny. Elektrony przechodząc przez próbkę są pochłaniane i rozpraszane.

Czynnikiem wpływającym na absorpcję elektronów jest grubość absorbenta oraz jego gęstość. Wzrost ilości zaabsorbowanych elektronów jest wprost proporcjonalny do gęstości substancji. Największy współczynnik absorpcji ma w związku z tym ma aluminium.

Zgodnie z wyżej wymienionym wnioskiem, skuteczność ochrony radiologicznej przed promieniowaniem β wzrasta wraz z korzystaniem z substancji o największej grubości i gęstości.

Największy wpływ na niedokładność wyników miała zbyt mała liczba pomiarów jak również zbyt krótki czas pomiarów.