SPRAWOZDANIE Z ĆWICZEŃ DOTYCZĄCYCH BADANIA OSŁABIENIA STRUMIENIA PROMIENIOWANIA GAMMA PRZY PRZEJŚCIU PRZEZ MATERIĘ.

Podczas przejścia jądra pomiędzy różnymi stanami energetycznymi może nastąpić emisja lub absorpcja promieniowania elektromagnetycznego. Promieniowanie, które towarzyszy podczas przejścia jądra ze stanu wyższego do stanu niższego nazywamy promieniowaniem γ. Odległości pomiędzy poziomami energetycznymi są rzędu MeV, zatem energia emitowanych kwantów będzie podobna, jest 200-1000 razy większa niż energia emitowana przez fotony podczas przejścia elektronów w atomie. Oddziaływanie promieniowania γ z materią jest dość skomplikowane. Promieniowanie może oddziaływać nie tylko z elektronami, ale również z jądrami. Ponadto oddziaływanie może prowadzić do całkowitej absorpcji lub do elastycznego albo do nieelastycznego rozproszenia. Wiele procesów, które mogą zajść występują w niewielkim prawdopodobieństwie tak, więc największe znaczenia mają trzy zjawiska:

1. Zjawisko fotoelektryczne - polega na oddziaływaniu promieni γ z elektronem związanym w atomie i prowadzi do całkowitej absorpcji kwantu i oderwania elektronu od atomu.

2. Rozproszenie Comptona - jest to nieelastyczne rozproszenie kwantów gamma przez elektrony swobodne i słabo związane, w którym foton zmienia swój kierunek i energię.

3. Zjawisko tworzenia par - foton ulega absorpcji, a na jego miejsce pojawia się para elektron-pozyton.

Pojęcie strumienia cząsteczek, które jest potrzebne do opisu procesu przechodzenia promieniowania gamma przez materię należy rozumieć: liczbę kwantów gamma przechodzących w jednostce czasu przez jednostkową powierzchnię prostopadłą do kierunku ich ruchu.

Podczas przejścia warstwa, absorbenta o grubości dx monoenergetyczny strumień promieniowania γ ulega osłabieniu. Całkowity współczynnik osłabienia μ jest sumą liniowych współczynników osłabienia:

μ_f- związany ze zjawiskiem fotoelektrycznym,

μ_c- związany z rozproszeniem Comptona,

μ_p- związany ze zjawiskiem tworzenia się par.

Poza liniowym współczynnikiem osłabienia używa się również masowego współczynnika osłabienia, który wyraża się przez μ/p, gdzie p wyraża gęstość absorbenta.

Jeżeli pomiędzy źródło promieniowania gamma a detektor wstawimy absorbent o grubości x, to zgodnie ze wzorem l(x)=μ l dx liczba kwantów γ będzie niższa niż w przypadku nieobecności absorbenta. Zmniejszenie natężenia wiązki następuje we wszystkich trzech wymienionych przypadkach. W 3 przypadku kwanty tracą część swojej energii, a kwant o mniejszej energii porusza się pod kątem do padającej wiązki. W związku z tym zjawiskiem ważna jest geometria podczas prowadzenia pomiarów. Dobrą geometrię można osiągnąć dzięki dobrze skolimowanej wiązce promieniowania, dzięki temu rozproszone kwanty gamma praktycznie nie będą rejestrowane. Pomiary współczynnika osłabienia przeprowadza się z dobrą geometrią, co pozwala nam założyć, że kwanty przechodzące przez powietrze nie oddziałują z elektronami ośrodka. W takim przypadku powietrze jest przybliżeniem próżni. W ćwiczeniu stosujemy, ⁶⁰Co, który emituje dwa kwanty gamma o masach: 1.17 i 1.33MeV. Licznik scyntylacyjny posłużył nam za licznik. Przed rozpoczęciem ćwiczenia wyznaczyliśmy poziom tła, czyli liczbę impulsów bez źródła. Czas został tak dobrany, aby niepewność pomiarowa nie przekroczyła 3%. W celu wyznaczenia współczynnika osłabienia rejestrowaliśmy kwanty docierające do licznika w określonym czasie. Następnie między źródło a detektor umieszczaliśmy płytki absorbenta o danej grubości i każdorazowo po dodaniu kolejnej warstwy dokonywaliśmy pomiarów impulsów w ciągu czasu Δt. Uzyskane wyniki są analogiczne do wzoru N(x)=N_o e^-μx, ponieważ każda z zarejestrowanych liczb impulsów była proporcjonalna do natężenia wiązki promieniowania przechodzącego przez absorbent. Po zlogarytmowaniu otrzymamy wzór: ln= N(x)/N_o = -μx.

Jeśli pomiar przedstawimy w pół-logarytmicznym układzie współrzędnych za pomocą wzoru lnN(x)= lnN_o - μx to uzyskane wyniki powinny ułożyć się na prostej, a współczynnikiem kierunkowym będzie -μ. Pomiaru dokonaliśmy dla kilku różnych absorbentów wskazanych przez prowadzącego.

Opracował: Mateusz Nędza

Ochrona Środowiska I rok.

---