Wydział Inżynieria Chemiczna i Procesowa	Dzień/godzina Wtorek 8:15-11:00	Nr zespołu 22
	Data: 01.04.2014r.
Nazwisko i imię: 1. Bielecka Ewelina 2. Kaczorowska Magdalena 3. Buraczyk Jakub	Ocena z przygotowania	Ocena z sprawozdania
Prowadzący: dr Jacek Gosk	Podpis

BADANIE OSŁABIENIA PROMIENIOWANIA GAMMA PRZY PRZECHODZENIU PRZEZ MATERIĘ

Wstęp:

Głównym celem ćwiczenia jest wyznaczenie współczynnika osłabienia promieniowania gamma (µ). Na osłabienie wiązki kwantów γ wpływają następujące procesy:

1. Rozpraszanie komptonowskie kwant γ oddaje część energii elektronowi, który traktowany jest jako swobodny, i zmienia swój kierunek ruchu.

2. Zjawisko fotoelektryczne kwant γ przekazuje elektronowi silnie związanemu w atomie całą swoją energię, której część elektron traci na wybicie się z atomu.

3. Zjawisko tworzenia się par elektron – pozyton przy energii progowej równej 1,02 MeV lub wyżej kwant γ może przemienić się w parę elektron – pozyton, obowiązkowa jest tutaj obecność trzeciego ciała, które przejęłoby część powstającego pędu.

Prosty schemat układu pomiarowego przedstawiliśmy na rysunku osbok. Gdzie:

Z – źródło promieniotwórcze (Co-60)

D – detektor
K – kolimator
Próbka – absorbent (Al lub Pb)

Do obliczenia współczynnika osłabienia promieniowania γ służy wzór:

I = I₀e^−μx

Jednak ze względu na brak możliwości pomiaru wartości I₀ konieczne jest przekształcenie tego wzoru. Po pomnożeniu przez wartość przekroju (S) i czas (Δt) otrzymujemy:

$$I = \frac{N}{St}$$

W związku z powyższą zależnością możliwe jest przekształcenie pierwszego wzoru do postaci:

N = N₀e^−μx

Logarytmując dostajemy równanie:

lnN = lnN₀ - µx

Odpowiada ono ogólnemu równaniu prostej, która jest używana w metodzie najmniejszych kwadratów:

y = -µx + b

Opis ćwiczenia:

Po włączeniu odpowiedniego programu komputerowego przystąpiliśmy do pracy. Początkowo wykonaliśmy pomiar tła (bez użycia absorbentu i źródła promieniotwórczego).

Następnie wykonaliśmy serię pomiarów absorpcji dla glinu (Al) i ołowiu (Pb) przy każdym pomiarze zwiększając stopniowo grubość absorbentu. Naszym źródłem promieniotwórczym był kobalt Co-60 o energii 1,33 MeV. Wszystkie pomiary trwały 120 sekund.

Na koniec odczytaliśmy z powstałego w programie wykresu wartości współczynnika osłabienia (µ) dla obu pierwiastków i porównaliśmy je z wartościami tego współczynnika obliczonymi przez program.

Wyniki i obliczenia:

Liczba kwantów γ, które padają na detektor to inaczej liczba zliczeń. Dla tła wynosi ona 90. Przy pomiarach absorpcji glinu i ołowiu program komputerowy automatycznie odejmuje liczbę zliczeń tła od liczby zliczeń dla danego absorbentu. W tabelach poniżej przedstawiamy wyniki naszych pomiarów:

Glin (Al)
lp
1
2
3
4
5

Ołów (Pb)
lp
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Współczynnik osłabienia wiązki promieniowania gamma dla poszczególnych absorbentów wyznaczony podanymi metodami:

µ[1/mm]
Absorbent
Al.
Pb

Dla ołowiu współczynnik osłabienia w każdej z metod przyjmuje wartość zbliżoną do wzorca. Dla glinu wartość wyliczona metodą graficzną również zbliżona jest do wzorca, zaś za pomocą metody najmniejszych kwadratów różni się i to w dość znaczący sposób. Odstępstwa od wzorca mogą wynikać z niedokładności aparatury pomiarowej, ludzkiego błędu oraz wieku próbki (część jąder uległa już samoczynnemu rozpadowi).

Podsumowanie:

Osłabienie promieniowania gamma rośnie wraz ze wzrostem grubości absorbentu. Osłabienie to zależy także od liczby atomowej absorbentu. Z badanych przez nas absorbentów najsilniejszym okazał się ołów. Wyniki naszych pomiarów mieszczą się w granicach błędu.