1. Własności i natura fizyczna promieniowania γ

Promieniowanie γ towarzyszy rozpadowi α lub przemianie β w przypadku ,gdy jądro pochodne jest jądrem wzbudzonym. Przechodząc do stanu podstawowego emituje nadmiar energii w postaci kwantu promieniowania γ. Przykładem takiej sytuacji może być rozpad α jądra ²²⁶₈₈Ra oraz przemiana β^- jądra sodu ²⁴₁₁Na.

2 . Oddziaływanie promieni γ z materią

Promieniowanie γ jest to promieniowanie elektromagnetyczne towarzyszące procesom jądrowym w wyniku oddziaływania z materią kwant γ może ulec:

1. Absorpcji

2. rozproszeniu koherentnemu

3. rozproszeniu nie koherentnemu.

Przez rozproszenie koherentne rozumiemy takie procesy , w których energia kwantu rozproszonego jest mniejsza niż energia kwantu pierwotnego . Wszystkie trzy wymienione wyżej procesy mogą zachodzić z różnym prawdopodobieństwem w następujących oddziaływaniach:

1. z elektronami powłoki atomowej ,

2. z nukleonami ,

3. z polem elektrycznym jądra lub elektronów .

W tabeli są podane procesy zachodzące pod działaniem promieni γ w zależności od rodzaju oddziaływania

Lp.	Rodzaj oddziaływania	Wynik oddziaływania
		Absorpcja	Rozproszenie koherentne	Rozproszenie nie koherentne
1.	Z elektronami powłoki atomowej	Zjawisko fotoelektryczne	Rozproszenie Rayleigh'a	Zjawisko Comptona. Rozproszenie Thomsona(hν<<mc^2)
2.	Z nukleonami	Fotoreakcje	(γ,γ), Rozproszenie Thomsona	(γ,γ)
3.	Z polem elektrycznym jądra lub elektronu	Tworzenie się par	Rozproszenie Delbruka

3. Budowa i zasada działania licznika Geigera - Mullera.

Licznik Geigera - Mullera to licznik gazowy, jest on stosowany do detekcji cząstek jonizujących jak i promieniowania gamma lub rentgenowskiego.

Główne elementy licznika : cylindryczna katoda i przeciągnięta wzdłuż jej osi metalowa nić stanowiąca anodę. Elektrody te są umieszczone w hermetycznie zamkniętym naczyniu , które wypełnione jest gazem (argonem, wodorem, powietrzem) pod ciśnieniem ok. 100÷200 mm słupa rtęci. Taki kształt elektrod pozwala uzyskać między nimi silne, niejednorodne pole elektryczne z największym natężeniem przy anodzie.

1

3

2

Licznik do detekcji promieniowania γ.

1. szklane naczynie

2. cylindryczna katoda

3. metalowa nić - anoda

Schemat połączenia licznika

A

A

K C do układu wzmacniającego i rejestrującego

Zasada działania . Promieniowanie jądrowe powoduje jonizację gazu między elektrodami licznika. Elektrony powstające w wyniku jonizacji są przyśpieszane w silnym polu elektrycznym i uzyskują dostateczną energię aby wywołać dalsze akty jonizacji i wzbudzenia cząstek gazu. W wyniku lawinowo rozwijającego się procesu jonizacji do anody podąża coraz większa liczba elektronów. W procesie rozwoju wyładowania istotną rolę odgrywają fotony promieniowania ultrafioletowego wzbudzonych cząstek gazu. Wskutek bowiem zjawiska fotoelektrycznego , szczególnie zachodzącego na katodzie, pojawiają się następne elektrony, zapoczątkowujące kolejne lawiny elektronowe podążające ku anodzie. W tym procesie narasta również liczba jonów dodatnich, które jako znacznie cięższe od elektronów, poruszają się wolniej tworząc w gazie ładunek przestrzenny. Obecność jego zmniejsza natężenie pola elektrycznego w obszarze między anodą i chmurą jonów przesuwającą się w kierunku katody. W wyniku tego wyładowanie znika, lecz jony dodatnie po osiągnięciu katody wybijają z niej elektrony i jeżeli tylko dodatni ładunek z katody zostanie dostatecznie szybko odprowadzony, lawiny elektronowe zaczną rozwijać się od nowa. W ten sposób wyładowanie w liczniku jest stale podtrzymywane; licznik nie może rejestrować następnych cząstek promieniowania jądrowego.

4.Prawo pochłaniania promieniowania gamma, liniowy i masowy współczynnik absorpcji.

Przechodząc przez ośrodek kwant γ porusza się z prędkością światła i, albo wcale nie oddziałuje z cząsteczkami ośrodka (nie zmienia prędkości i kierunku ruchu), albo, jeśli nastąpi oddziaływanie z cząsteczką, znika całkowicie (zostaje pochłonięty). Przy czym natychmiast lub z pewnym opóźnieniem morze być wypromieniowany nowy kwant o mniejszej energii i w innym kierunku, natomiast cząstka, która ten kwant pochłonęła, otrzymuje jego energię (lub tylko część w przypadku gdy został wyemitowany nowy kwant).

Tak więc w miarę przechodzenia przez ośrodek liczba kwantów maleje. Maleje też odpowiednio natężenie wiązki promieniowania. Zmniejszenie natężenia J w zależności od grubości warstwy ośrodka zachodzi według prawa eksponencjalnego:

J=J_oe^-μx gdzie: J_o - natężenie początkowe wiązki

J - natężenie po przejściu przez warstwę o grubości x

μ - współczynnik pochłaniania

Dla bardzo cienkiej warstwy dx współczynnik pochłaniania określa względną stratę natężenia na jednostkę grubości warstwy.

μ=

Istnieją trzy podstawowe procesy oddziaływania kwantów γ z materią, prowadzące do pochłonięcia kwantu: zjawisko fotoelektryczne, rozpraszanie kwantów na swobodnych elektronach i powstawanie par pozyton-elektron.

Schematy i tabele pomiarowe:

Schemat układu pomiarowego

I - domek ołowiany wraz z licznikiem G-M i źródłem promieniowania

II - zasilacz wysokiego napięcia 2WN21

III - przelicznik elektronowy PT-44A

IV - wzmacniacz liniowy WL-41

V - układ całkujący

I

V

III II

IV

---