ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z FIZYKI

S P R A W O Z D A N I E

Temat: Wyznaczanie współczynnika pochłaniania promieniowania g dla różnych materiałów.

para nr 8, ćwiczenie nr 76

Towaroznawstwo

Grupa 14

Promieniowaniem jonizującym określa się to promieniowanie, które jest w stanie spowodować jonizację ośrodka, przez który ono przechodzi. Jonizacja polega na odrywaniu elektronów od obojętnych atomów, na skutek czego powstają jony dodatnie i ujemnie naładowane elektrony. Jonizacji może dokonać promieniowanie o dostatecznie dużej energii. Do promieniowania jonizującego zalicza się wysokoenergetyczne promieniowanie elektromagnetyczne - promieniowanie X i g oraz promieniowanie korpuskularne - cząstki a, b i neutrony.

Organizmy żywe na Ziemi, już od początku swego istnienia były i są poddawane, choć ze zmiennym natężeniem, oddziaływaniu promieniowania jonizującego, które przechodząc przez materię powoduje rozpad związków chemicznych, wzbudzanie cząsteczek i atomów oraz tworzenie różnego rodzaju jonów. Jest to proces przekazywania materii energii promieniowania jonizującego, przy czym energia pierwotna zostaje zamieniona w końcowej fazie częściowo w ciepło, a częściowo w energię jonizacji i wzbudzenia cząsteczek i atomów. Istota zjawiska związana jest z wielkością energii promieniowania jonizującego. Energie te są rzędu od tysięcy elektronowoltów (keV) do milionów elektronowoltów (MeV).

1 eV = 1,6 ∙ 10^-19 J

Prawo rozpadu promieniotwórczego. Rozpad promieniotwórczy jest zjawiskiem przypadkowym, tzn. nie można przewidzieć ani momentu rozpadu, ani określić, które jądra atomowe ulegną rozpadowi. Można jednak określić prawdopodobieństwo rozpadu w danym czasie.

Z teorii rozpadów promieniotwórczych wynika, że liczba dN atomów rozpadających się w czasie dt jest proporcjonalna do ogólnej liczby N promieniotwórczych jąder, czyli przemiany poszczególnych jąder zachodzą niezależnie od siebie.

Wynika stąd, że rozpad promieniotwórczy podlega wykładniczemu prawu

gdzie:

N - liczba jąder, które jeszcze nie uległy rozpadowi w czasie t;

N₀- początkowa liczba jąder w chwili t = 0, kiedy zaczynamy liczyć czas;

e - podstawa logarytmu naturalnego (e ≈ 2,73);

l - stała rozpadu.

Wykładnicze prawo przemian promieniotwórczych jest prawem statystycznym, słusznym jedynie dla dużej liczby atomów. Promieniotwórczość praktycznie nie zależy od warunków zewnętrznych, dlatego l jest wielkością stałą dla każdego promieniotwórczego izotopu.

Celem ćwiczenia jest wyznaczanie liniowego i masowego współczynnika pochłaniania promieniowania y dla różnych materiałów. Używane w ćwiczeniu źródła promieniowania y są to źródła zamknięte, tzn. korzystamy tylko z promieniowania nie mając dostępu do substancji promieniotwórczej. Zestaw do pomiaru współczynnika pochłaniania promieniowania składa się z następujących elementów: 1 - wnęka na źródła zamknięte i płytki absorbentu, 2 - osłona ołowiana, 3 - fotopowielacz, 4 - scyntylator NaJ(Tl), 5 - przewód wysokiego napięcia (komputer → fotopowielacz), 6 - przewód odprowadzający sygnał (fotopowielacz → komputer), 7 - komputer, 8 - monitor.

Wiązka promieniowania g, przechodząc przez absorbent ulega osłabieniu zgodnie ze wzorem

W scyntylatorze kwanty promieniowania g wywołują błyski luminescencyjne, które rejestruje fotopowielacz. Ilość rozbłysków podawana przez komputer jako ilość zliczeń n w określonym przedziale czasu jest proporcjonalna do natężenia wiązki promieniowania g dochodzącej do scyntylatora. Przy braku absorbentu między źródłem a scyntylatorem otrzymujemy ilość zliczeń n₀, proporcjonalną do początkowego natężenia wiązki promieniowania g:

Po przejściu promieniowania przez absorbent o grubości x, ilość zliczeń jest proporcjonalna do natężenia I wiązki:

Uwzględniając te zależności otrzymujemy wzór opisujący zmianę ilości zliczeń w funkcji grubości absorbentu n = f(x),

Wyrażenie to ma taki sam sens fizyczny jak wyrażenie i daje możliwość obliczenia współczynnika pochłaniania m. Obliczanie współczynnika bazuje na wyrażeniu .
Z wykresu zależności n = f(x) wyznaczamy grubość absorbentu x_e, która powoduje e-krotne osłabienie wiązki padającej, tzn. . Odwrotność grubości x_e jest miarą współczynnika pochłaniania

Współczynnik pochłaniania można również wyznaczyć z liniowej zależności . Współczynnik kierunkowy tej prostej jest równy liczbowo współczynnikowi pochłaniania promieniowania g przez badany absorbent:

OBLICZENIA I POMIARY:

1	2	3	4	5	6
x (m)	n		(l/m)	(l/m)	(m^2/kg)
x = 0 x1 = 0,0021 x2 = 0,0042 x3 = 0,0053 x4 = 0,0095 x5 = 0,0106 x6 = 0,0127 x7 = 0,0137 x8 = 0,0148 x9 = 0,0169	n0 = 464,5 n1 = 229 n2 = 117 n3 = 107 n4 = 44 n5 = 46 n6 = 29 n7 = 30 n8 = 28 n9 = 30	ln1 = 0,7072 ln2 = 1,3788 ln3 = 1,4681 ln4 = 2,3568 ln5 = 2,3123 ln6 = 2,7737 ln7 = 2,7398 ln8 = 2,8088 ln9 = 2,7398	0,00336	1433	0,199

Slope = 143,3 ⁺_– 16,63

Y – intercept = 0,7353 ⁺_– 0,1844

₀₀₀