• Laboratorium fizyki CMF PŁ

• Dzień: Środa x1 godzina: 8:15 grupa: 2c1

Wydział EEIiA

semestr rok akademicki

ocena _____

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było sprawdzenie prawdziwości prawa zaniku i pochłaniania promieni gamma oraz określenie dla jakich absorbentów model teoretyczny dobrze oddaje rzeczywistość.

2. Zarys teoretyczny

Promieniowanie gamma są to kwanty promieniowania elektromagnetycznego o długość fali zawierającej się w granicach od około 1*10^-12 m do 1*10^-15 m. Innymi słowy, promieniowanie gamma jest to strumień kwantów gamma, który w otaczającym nas środowisku, istnieje jako naturalne tło promieniowania gamma, którego źródłem są pierwiastki promieniotwórcze zawarte w skorupie ziemskiej oraz promieniowanie kosmiczne. Emisja promieniowania gamma nie powoduje zmiany  liczby protonów i neutronów w jądrze w związku z czym, nie zmienia się liczba masowa atomu, a co za tym idzie,  położenie pierwiastka w układzie okresowym. Promienie gamma powstają w wyniku anihilacji elektronów ujemnych i pozytonów, a także z rozpadu mezonów. Promieniowanie gamma towarzyszy również rozpadom alfa oraz beta, a sama emisja promieniowania gamma jest jednym ze sposobów pozbycia się przez jądro nadmiaru energii, zwanej energią wzbudzenia. Fale gamma są jednymi z najbardziej przenikliwych promieni elektromagnetycznych. Promienie gamma jako kwanty o energii E=h*v rzędu 1 MeV podobne są do bardzo twardych promieni rentgenowskich. Oddziaływanie promieniowania  gamma z materią jest bardzo złożone, jako że w grę może wchodzić wiele różnych procesów, w których fotony oddziałują z elektronami, jądrami w obecności pola elektromagnetycznego.

3. Schemat układu do pomiaru ilości elektronów przechodzących przez próbkę.

1. Źródło zawierające radioaktywny izotop strontu ⁹⁰ Sr .

2. Licznik Geigera-Műllera połączony z ekranowanym kablem.

3. Rurka pomiarowa.

4. Specjalna śruba służąca do mocowania próbek.

5. Nastawa czasowa.

6. Ręczny włącznik/wyłącznik.

7. Zerowanie licznika.

4. Tabela przedstawiające wyniki pomiaru tła w 10 próbach trwających 60 sekund.

Pomiar tła [Nt]
Nr próby	Ilość zliczeń
1	15
2	12
3	12
4	9
5	12
6	17
7	13
8	18
9	19
10	11
średnia:	13,80

5. Tabela przedstawiająca wyniki pomiaru źródła bez absorbentu w 10 próbach trwających 60 sekund.

Pomiar źródła bez absorbentu [N(0)]
Nr próby	Wartość	Wartość pomniejszona o wartość tła [N(0)-Nt]
1	387	373,20
2	382	368,20
3	422	408,20
4	412	398,20
5	398	384,20
6	415	401,20
7	428	414,20
8	406	392,20
9	399	385,20
10	420	406,20
średnia:	406,90	393,10

6. Tabela pomiarów absorpcji promieniowania gamma, obliczanie współczynnika absorpcji oraz przedstawienie wyników na wykresie dla aluminium.

próby dla aluminium		Wartość uzyskana w pomiarach [N(d)]	Wartość pomniejszona o wartość tła [N(d)-Nt]	Wartość uzyskana w pomiarach [N(d)]	Wartość pomniejszona o wartość tła [N(d)-Nt]	Wartość uzyskana w pomiarach [N(d)]	Wartość pomniejszona o wartość tła [N(d)-Nt]	Wartość średnia	Wartość średnia pomniejszona o wartość tła [N(d)-Nt]
Grubość [mm]	Gęstość [g/cm^2]	próba 1		próba 2		próba 3
10	29,6	380	366,20	278	264,20	356	342,20	328,88	324,20
20	53,8	332	318,20	321	307,20	316	302,20	318,88	309,20
30	80,7	286	272,20	263	249,20	271	257,20	268,28	259,53

N(d)-Nt	N(0)-Nt
324,20	393,10	-0,19
309,20	393,10	-0,24
259,53	393,10	-0,42

Wykres
do d.

a=-µ= -0,060177212

∆a=∆µ=0,0796542

-11,518433

Wykres
do R, gdzie R=dρ

a=-µ_m=-0,03491006

∆a=∆µ_m=0,0778817

-1,98552

7. Tabela pomiarów absorpcji promieniowania gamma, obliczanie współczynnika absorpcji oraz przedstawienie wyników na wykresie dla żelaza.

próby dla żelaza		Wartość uzyskana w pomiarach [N(d)]	Wartość pomniejszona o wartość tła [N(d)-Nt]	Wartość uzyskana w pomiarach [N(d)]	Wartość pomniejszona o wartość tła [N(d)-Nt]	Wartość uzyskana w pomiarach [N(d)]	Wartość pomniejszona o wartość tła [N(d)-Nt]	Wartość średnia	Wartość średnia pomniejszona o wartość tła [N(d)-Nt]
Grubość [mm]	Gęstość [g/cm^2]	próba 1		próba 2		próba 3
10	78,6	295	281,20	276	262,20	279	265,20	278,68	269,53
20	157,2	199	185,20	195	181,20	208	194,20	193,68	186,87
30	235,8	156	142,20	166	152,20	150	136,20	153,28	143,53

N(d)-Nt	N(0)-Nt
269,53	393,10	-0,38
186,87	393,10	-0,74
143,53	393,10	-1,01

Wykres
do d.

a=-µ= -0,07939

∆a=∆µ= -0,031506

-8,730913

Wykres
do R, gdzie R=dρ

a=-µ_m=-0,08

∆a=∆µ_m=0,0561249

-8,6644

8. Tabela pomiarów absorpcji promieniowania gamma, obliczanie współczynnika absorpcji oraz przedstawienie wyników na wykresie dla ołowiu.

próby dla ołowiu		Wartość uzyskana w pomiarach [N(d)]	Wartość pomniejszona o wartość tła [N(d)-Nt]	Wartość uzyskana w pomiarach [N(d)]	Wartość pomniejszona o wartość tła [N(d)-Nt]	Wartość uzyskana w pomiarach [N(d)]	Wartość pomniejszona o wartość tła [N(d)-Nt]	Wartość średnia	Wartość średnia pomniejszona o wartość tła [N(d)-Nt]
grubość [mm]	Gęstość [g/cm^2]	próba 1		próba 2		próba 3
10	113,4	255	241,20	247	233,20	249	235,20	245,08	236,53
20	226,8	136	122,20	149	135,20	143	129,20	137,08	128,87
30	340,2	105	91,20	112	98,20	103	89,20	101,88	92,87

N(d)-Nt	N(0)-Nt
236,53	393,10	-0,51
128,87	393,10	-1,12
92,87	393,10	-1,44

Wykres
do d.

a=-µ= -0,305538

∆a=∆µ= -0,030365

-2,268612

Wykres
do R, gdzie R=dρ

a=-µ_m=-0,094

∆a=∆µ_m= 0,00074

-7,374

9. Tabela pomiarów absorpcji promieniowania gamma, obliczanie współczynnika absorpcji oraz przedstawienie wyników na wykresie dla pleksi.

próby dla pleksi		Wartość uzyskana w pomiarach [N(d)]	Wartość pomniejszona o wartość tła [N(d)-Nt]	Wartość uzyskana w pomiarach [N(d)]	Wartość pomniejszona o wartość tła [N(d)-Nt]	Wartość uzyskana w pomiarach [N(d)]	Wartość pomniejszona o wartość tła [N(d)-Nt]	Wartość średnia	Wartość średnia pomniejszona o wartość tła [N(d)-Nt]
grubość [mm]	Gęstość [g/cm^2]	próba 1		próba 2		próba 3
10	11,19	335	321,20	337	323,20	334	320,20	330,08	321,53
20	22,38	351	337,20	350	336,20	352	338,20	345,28	337,20
30	33,57	340	326,20	352	338,20	350	336,20	341,28	333,53

N(d)-Nt	N(0)-Nt
321,53	393,10	-0,2
337,20	393,10	-0,15
333,53	393,10	-0,16

Wykres
do d.

a=-µ= -0,209532205

∆a=∆µ= 0,03649

-3,3080699

Wykres
do R, gdzie R=dρ

a=-µ_m=-0,21

∆a=∆µ_m=0,03742

-3,3

10. Tabela pomiarów absorpcji promieniowania gamma, obliczanie współczynnika absorpcji oraz przedstawienie wyników na wykresie dla betonu.

próby dla betonu		Wartość uzyskana w pomiarach [N(d)]	Wartość pomniejszona o wartość tła [N(d)-Nt]	Wartość uzyskana w pomiarach [N(d)]	Wartość pomniejszona o wartość tła [N(d)-Nt]	Wartość uzyskana w pomiarach [N(d)]	Wartość pomniejszona o wartość tła [N(d)-Nt]	Wartość średnia	Wartość średnia pomniejszona o wartość tła [N(d)-Nt]
grubość [mm]	Gęstość [g/cm^2]	próba 1		próba 2		próba 3
12	28,2	299	285,20	315	301,20	339	325,20	307,88	303,87
24	56,4	254	240,20	291	277,20	261	247,20	264,68	254,87
36	84,6	246	232,20	254	240,20	250	236,20	244,48	236,20

N(d)-Nt	N(0)-Nt
303,87	393,10	-0,26
254,87	393,10	-0,43
236,20	393,10	-0,51

Wykres
do d.

a=-µ= -0,14815111

∆a=∆µ= 0,062228

-4,6786499

Wykres
do R, gdzie R=dρ

a=-µ_m=-0,15

∆a=∆µ_m=0,056125

-4,62

11. Wnioski

Na podstawie otrzymanych wyników stwierdzić można, że współczynnik absorpcji zwiększa się wraz ze wzrostem grubości czy też gęstości absorbatu. Im większa jest jego grubość i gęstość, tym więcej elektronów zostanie przez nią pochłoniętych lub odbitych.

Możemy też stwierdzić, że dla jednych materiałów pochłaniających promieniowanie gamma takich jak ołów współczynnik absorpcji zwiększa się dużo szybciej niż np. dla pleksi w zależności od grubości.

2

Kod ćwiczenia	Tytuł ćwiczenia
W7	Prawo zaniku i pochłaniania promieni gamma

imię i nazwisko

nr indeksu

imię i nazwisko

nr indeksu

imię i nazwisko

nr indeksu

---