POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA

KATEDRA FIZYKI

Ćwiczenie nr . 7

Temat: Wyznaczanie widma promieniowania g za pomocą jednokanałowego spektrometru .

Dariusz Frydrych

Paweł Łakomy

Wydział Elektryczny

Rok II sem. IV

-1. CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Promieniowanie g czyli strumień kwantów energii przy rozpadach promieniotwórczych jąder. Rejestracja tego promieniowania odbywa się przez efekty wtórne towarzyszące przechodzeniu promieniowania g przez materię.

Promieniowanie g przechodząc przez materię traci energię w wyniku innych procesów niż cząstki naładowane . Dla promieniowania g o energii rzędu kilku MeV najważniejszymi procesami straty energii są : efekt fotoelektryczny , efekt Comptona , efekt tworzenia par pozyton elektron.

W wyniku oddziaływania z materią kwant g może ulec :

• absorpcji

• rozproszeniu koherentnemu

• rozproszeniu nie koherentnemu

Wszystkie trzy procesy mogą zachodzić z różnym prawdopodobieństwem w następujących oddziaływaniach

• z elektronami powłoki atomowej

• z nukleonami

• z polem elektrycznym jądra lub elektronów

Zjawisko fotoelektryczne

W wyniku oddziaływania z atomem kwant g może zostać zaabsorbowany , na skutek tego , jeżeli energia kwantu hn jest dostatecznie duża tzn. Większa od energii wiązania w jądrze elektronu , jeden z elektronów atomu może ulec oderwaniu.

Energia takiego elektronu zależy od energii kwantu g

E = hn - I_i - I_a

gdzie: I_i - energia wiązania elektronu , I_a- energia odrzutu (bardzo mała <<E)

Zjawisko Comptona

Zależność kinematyczna zjawiska Comptona . Oddziaływanie kwantu g z elektronem swobodnym lub słabo związanym , w wyniku którego elektron zabiera część pędu i energii fotonu oraz powstaje kwant g o energii mniejszej nazywamy zj. Comptona .

Zjawisko tworzenia się par

Proces powstawania pary złożonej z negatonu i pozytonu je jest możliwy , jeżeli energia kwantu g jest dostatecznie duża . Ze względu na konieczność równoczesnego spełnienia prawa zachowania pędu i energii utworzenie pary w próżni jest niemożliwe . Para może powstać tylko w obecności trzeciej cząstki jądra lub elektronu w przypadku granicznym pozyton i negaton mogą posiadać energię kinetyczną w przybliżeniu równą zero

hn _min = 2m_oc² + E₁

m_oc²- energia spoczynkowa elektronu

E₁ - energia odrzutu

TABELA POMIAROWA

Preparat `Cs^137'		Preparat `X'
Napięcie progu	Liczba zliczeń	Napięcie progu	Liczba zliczeń
Up[V]	N	Up[V]	N
1,5	846	4,0	473
1,6	805	4,1	427
1,7	680	4,2	375
1,8	645	4,3	371
1,9	638	4,4	353
2,0	626	4,5	306
2,1	537	4,6	326
2,2	439	4,7	342
2,3	259	4,8	418
2,4	153	4,9	375
2,5	133	5,0	425
2,6	210	5,1	536
2,7	406	5,2	611
2,8	850	5,3	706
2,9	1404	5,4	671
3,0	1626	5,5	639
3,1	1225	5,6	734
3,2	682	5,7	1156
3,3	246	5,8	118
3,4	73	5,9	0
3,5	20	6,0	0
3,6	8	6,1	0
3,7	7	6,2	0
3,8	10	6,3	3
3,9	7	6,4	0
4,0	4	6,5	0

3. Wykresy.

Wykres zależności N = f(Up) dla ,,Cs¹³⁷ ''

U_p = 3 [V]

Wykres zależności N = f(Up) dla preparatu X .

4.OBLICZENIA

4.1 Obliczanie energii maksimów

Wiedząc ,że pierwszemu maksimum dla preparatu „Cs 137” o napięciu progu Up= 3 [V] odpowiada energia E= 0,662 [MeV] z równania proporcji obliczamy energię pierwszego maksimum dla preparatu „X” ze wzoru :

E_X= gdzie : Up - napięcie progu preparatu „Cs 137”

Upx - napięcie progu preparatu „X

a) z czego energia pierwszego maksimum preparatu „X” wynosi :

Ex=

energia drugiego wynosi:

Ex=

energia trzeciego maksimum wynosi :

E_X=

4.2 Obliczanie amplitudowej zdolności rozdzielczej spektrometru

R =

DU - szerokość połówkowa

U - położenie linii( maksimum)

dla pierwszego maksimum DU = 0.205 [V] i U = 5.7]

R₁ =

dla drugiego maksimum DU = 0.65 [V] i U = 5.3 [V]

R₂ =

dla trzeciego maksimum ΔU=0.37 [V] U =4.8 [V]

1. R₃=

5. WNIOSKI

Z wykresów można wywnioskować, że zwiększone napięcie licznika scyntylacyjnego

wpływa na otrzymana wyniki wykrywania promieniowania γ . Należy wyjaśnić fakt , że promieniowanie jest falą prawdopodobieństwa i rozpad dokonuje się w różnych przedziałach czasu z różnym prawdopodobieństwem.

Dochodzimy do pewnej wartości napięcia przy której wykres skacze gwałtownie do góry co będzie świadczyło o zwiększeniu współczynnika wzmocnienia.

---