Wydział : EiP	Imię i nazwisko : Dariusz Baster Marcin Gibas	Rok II	Grupa 2	Zespół 7
PRACOWNIA FIZYCZNA WFiIS AGH	Temat : Dozymetria promieniowania γ	Nr ćwiczenia: 96
Data wykonania: 13.12.10	Data oddania: 20.12.10	Zwrot do poprawy:	Data oddania:	Data zaliczenia:

Cel ćwiczenia

Zapoznanie się z podstawami dozymetrii promieniowania jonizującego. Porównanie własności absorpcyjnych promieniowania gamma różnych materiałów.

Wstęp teoretyczny:

Prawo rozpadu promieniotwórczego: Prawo rozpadu promieniotwórczego określa zależność od czasu liczby jąder, które uległy dotąd przemianie promieniotwórczej.

N0 - liczba jąder izotopu promieniotwórczego w chwili t = 0;

N(t) - liczba jąder tego izotopu, które po czasie t nie uległy jeszcze rozpadowi;

λ - stała rozpadu.

Rozpad β: rozpad jądra promieniotwórczego, w wyniku którego z jądra emitowany jest elektron (negaton) i antyneutrino elektronowe lub pozyton i neutrino elektronowe. Wyróżniamy rozpad β- (powstaje elektron i antyneutrino elektrono nowe) i β+ (powstaje pozyton i neutrino elektronowe).

Wychwyt K: reakcja jądrowa, w której jeden z elektronów atomu jest przechwytywany przez proton z jądra atomowego, w wyniku czego powstaje neutron (pozostający w jądrze) i neutrino elektronowe, które jest emitowane.

Moc dawki promieniowania w zależności od aktywności źródła można określić za pomocą wzoru: D/t=(I*A)/r²

gdzie:

D - dawka

A - aktywność źródła

r - odległość źródła promieniowania

t - czas

I - stała charakterystyczna dla danego materiału.

Równoważnik dawki H, określony równaniem: H=D₀Q Mierzony on jest w sievertach lub remach (1 Sv=100 rem).

Aktywność źródła promieniowania jest to liczba rozpadów jąder w jednostce czasu. Jednostką aktywności jest bekerel: 1 Bq= 1 rozpad na 1 sek.

Dozymetr służy do: pomiaru dawki promieniowania zewnętrznego, pomiaru strumienia cząstek (α,β), emitowanych przez badaną powierzchnię, pomiaru dawki indywidualnej.

Prawo absorpcji promieniowania gamma w materii

Promieniowanie elekromagnetyczne, a więc również promieniowanie jądrowe gamma, przy przechodzeniu przez materię zanika. Dzieje się tak dlatego, że poszczególne fotony promieniowania usuwane są z wiązki w pojedynczym akcie całkowitej absorpcji lub rozproszenia.

Zależność natężenia I wiązki promieniowania gamma po przejściu absorbenta o grubości x określa równanie absorpcji:

I = I₀e^-μx

gdzie: -I₀ jest natężeniem początkowym wiązki

-μ całkowitym liniowym współczynnikiem absorpcji.

Powyższe równanie można przekształcić do postaci (linearyzacja danych):

ln($\frac{\mathbf{I}_{\mathbf{0}}}{\mathbf{I}}$) = μx z czego wynika μ = $\frac{\mathbf{ln(}\frac{\mathbf{I}_{\mathbf{0}}}{\mathbf{I}}\mathbf{)\ }}{\mathbf{x}}$

Wykonanie ćwiczenia:

Przed pomiarem promieniowania wykonaliśmy 10 razy pomiar tła promieniowania. Wyznaczyliśmy jego średnią wartość, którą później odejmujemy od otrzymanych wyników. Następnie zmierzyliśmy równoważnik mocy promieniowania w zależności od odległości od źródła, oraz sprawdziliśmy własności absorpcyjne aluminium.

Wyniki pomiarów:

Tabela1: Pomiar tła.

nr pomiaru	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
tło [$\frac{\mathbf{\text{μSv}}}{\mathbf{h}}$]	0,15	0,14	0,12	0,15	0,19	0,15	0,09	0,09	0,12	0,11

Tabela2: Moc równoważnika dawki dla źródła ¹³⁷Cs [μSv/h].

odległość [cm]	numer pomiaru	Iśr	Iśr - Itło
	1	2	3
0	7,49	7,03	7,23
0,5	6,07	5,41	5,83
1	4,83	4,68	4,19
1,5	3,34	3,19	3,83
2	2,88	2,67	3,24
2,5	2,59	2,39	2,33
3	2,23	1,93	1,93
4	1,72	1,55	1,48
5	1,28	0,99	1,4
6	1,08	0,91	0,99
7	0,84	0,76	0,84
8	0,77	0,63	0,63
9	0,71	0,62	0,57
10	0,49	0,5	0,55
11	0,51	0,43	0,49
12	0,44	0,38	0,45
14	0,42	0,32	0,42

Tabela3: Moc dawki dla aluminiowego absorbenta [μSv/h], źródła promieniowania ¹³⁷Cs

i odległości 2,5 cm.

grubość absorbenta [cm]	numer pomiaru	Iśr,ab	Iśr,ab - Itło
	1	2	3
0,19	2,41	2,46	2,09
0,6	2,17	2,18	2,55
0,88	1,96	2,09	2,29
1,07	1,96	1,73	1,88
1,27	1,89	1,71	1,81

Tabela4: Współczynnik absorpcji w zależności o grubości absorbenta Al.

grubość absorbenta [cm]	wartość ln(Io/I)	współczynnik absorpcji [1/cm]
0,19	0,05	0,27
0,6	0,06	0,10
0,88	0,15	0,17
1,07	0,29	0,27
1,27	0,32	0,25

Opracowanie wyników:

Tło promieniowania ma wpływ na wyniki, więc jego średnia wartość zostaje od nich odjęta.

I_tło = $\frac{\mathbf{\text{Σ\ }}\mathbf{I}_{\mathbf{i}}}{\mathbf{n}}$ = 0,1310 [$\frac{\mathbf{\text{μSv}}}{\mathbf{h}}$]

u(I_tło) = $\sqrt{\frac{\mathbf{\Sigma}\mathbf{\ (}\mathbf{I}_{\mathbf{i}}\mathbf{-}\mathbf{I}_{\mathbf{t}\mathbf{l}\mathbf{o}}\mathbf{)}^{\mathbf{2}}}{\mathbf{n}\mathbf{(}\mathbf{n}\mathbf{-}\mathbf{1}\mathbf{)}}}$ = 0,0098 [$\frac{\mathbf{\text{μSv}}}{\mathbf{h}}$]

I_tło = 0,1310 ± 0,0098 [$\frac{\mathbf{\text{μSv}}}{\mathbf{h}}$]

Niepewność równoważnika dawki, obliczona na podstawie wyników, tabeli numer 2 (dla źródła oddalającego się):

u(I) = $\sqrt{\frac{\mathbf{\Sigma}\mathbf{\ (}\mathbf{I}_{\mathbf{i}}\mathbf{-}\mathbf{I}\mathbf{)}^{\mathbf{2}}}{\mathbf{n}\mathbf{(}\mathbf{n}\mathbf{-}\mathbf{1}\mathbf{)}}}$ = 0,71 [$\frac{\mathbf{\text{μSv}}}{\mathbf{h}}$]

Współczynnik μ z programu regresja wynosi:

μ= 0,280 [$\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{\text{cm}}}$]

u(μ) = 0,067 [$\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{\text{cm}}}$]

Gęstość aluminium:

ρ= 2720 [$\frac{\mathbf{\text{kg}}}{\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}$] = 2,72 [$\frac{\mathbf{g}}{\mathbf{c}\mathbf{m}^{\mathbf{3}}}$]

$\frac{\mathbf{\mu}}{\mathbf{\rho}}$ =0,101 [$\frac{\mathbf{c}\mathbf{m}^{\mathbf{2}}}{\mathbf{g}}$]

u($\frac{\mathbf{\mu}}{\mathbf{\rho}}$) = $\frac{\mathbf{\partial(}\frac{\mathbf{\mu}}{\mathbf{\rho}}\mathbf{)}}{\mathbf{\partial\mu}}$uμ =$\mathbf{\ }\frac{\mathbf{u(\mu)}}{\mathbf{\rho}}$ [$\frac{\mathbf{c}\mathbf{m}^{\mathbf{2}}}{\mathbf{g}}$]

u($\frac{\mathbf{\mu}}{\mathbf{\rho}}$) = $\mathbf{\ }\frac{\mathbf{u(\mu)}}{\mathbf{\rho}}$ =0,025 [$\frac{\mathbf{c}\mathbf{m}^{\mathbf{2}}}{\mathbf{g}}$]

Wnioski:

Naturalne tło promieniowania jest niewielkie (może zależeć od obszaru geograficznego) i nie ma znaczącego wpływu na wyniki pomiarów stosunkowo silnych, w porównaniu z nim źródeł.

Izotop cezu ¹³⁷Cs jest często wykorzystywany w przemyśle oraz w badaniach geofizycznych, gdyż daje jedną silną linię promieniowania γ o energii 662 keV.

Porównując otrzymany wynik 300 keV z wykresem masowych współczynników promieniowania gamma z instrukcji. Wartość tablicowa dla głównej energii promieniowania gamma wynosi 662 keV. Różnica w otrzymanym wyniku jest znaczna co może być spowodowane niedokładnością odczytu danych bądź też niedokładnością przyrządów mierniczych oraz faktem iż pomiary były odczytywane co 30 sekund co może dawać trochę przypadkowe liczby.