27.11.2008 r.

Agata Piorun

Zespół 1

Grupa 2.1

Wydział Inżynierii Materiałowej

Ćw. 19. Badanie własności cząstek alfa za pomocą detektora półprzewodnikowego.

1. Wstęp.

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie energii cząstek alfa padających na detektor po przebyciu warstwy powietrza o danej grubości. Cząstki alfa, będące jądrami helu
He, są emitowane przez nietrwałe jądro atomowe i charakteryzują się kilkoma ściśle określonymi energiami. Przechodząc przez materię, oddziałują jednocześnie z wieloma znajdującymi się
w pobliżu elektronami, tracąc na ich rzecz swoją energię kinetyczną. Energia tracona na jednostkę drogi określana jest jako zdolność hamowania cząstek.

1. Układ pomiarowy i przebieg wykonania ćwiczenia.

Rys. 1. Schemat aparatury pomiarowej

(KP - komora próżniowa; M - manometr; Z₁, Z₂ - zawory próżniowe; PP - pompa próżniowa; Z - źródło promieniotwórcze ²⁴¹Am; D - detektor półprzewodnikowy;
PWŁ - przedwzmacniacz ładunkowy; WL - wzmacniacz liniowy; ZNP - zasilacz napięcia polaryzującego detektor; WAA - wielokanałowy analizator amplitudy).

1. Ustalono wskazanie manometru na najniższym poziomie i mierzono widmo impulsów pochodzących od detektora półprzewodnikowego bombardowanego przez cząstki alfa ze źródła ²⁴¹Am.

2. Zwiększano stopniowo ciśnienie powietrza w komorze co około 0,01 MPa
   i dokonywano pomiarów jak w punkcie 1.

2. Opracowanie wyników.

Ustalono wskazanie manometru na najniższym poziomie i dokonano pomiaru widma impulsów pochodzących od detektora półprzewodnikowego bombardowanego przez cząstki alfa ze źródła ²⁴¹Am.

Zakładając, że amplituda impulsów zmierzona po odpompowaniu powietrza z komory próżniowej odpowiada energii cząstek alfa E₀ = 5,48 MeV, obliczono szerokość przedziału, jaki przypada na jeden kanał analizatora:

δE = 0,0023 MeV

Zwiększano stopniowo ciśnienie powietrza w komorze. Wyznaczano:

- K - numer kanału, w którym występuje maksymalna liczba zliczeń;

- K - szerokość piku w połowie wysokości;

- N - całkowitą liczbę zliczeń.

pi /MPa	0,059	0,050	0,041	0,030	0,019	0,009
K	991	1259	1538	1800	2062	2349
K	160	176	182	148	136	42
N	472	480	490	486	488	482

Dla każdego z ciśnień obliczono:

- D - grubość warstwy powietrza między detektorem a źródłem;

- E - energię cząstek alfa padających na detektor po przebyciu warstwy powietrza

o grubości D;

- E - szerokość połówkową piku w jednostkach energii.

pi /MPa	0,059	0,050	0,041	0,030	0,019	0,009
Di /mg · cm^-2	3,51	2,97	2,44	1,78	1,13	0,54
E /MeV	2,31	2,94	3,59	4,20	4,81	5,48
E /MeV	0,37	0,41	0,42	0,35	0,32	0,10

Wyk. 1. Zależność energii cząstek alfa w funkcji grubości warstwy powietrza.

Wyk. 2. Zależność szerokości połówkowej piku w funkcji warstwy powietrza.

Dla każdej pary kolejnych punktów pomiarowych wyznaczano różnice energii E_i
oraz różnice grubości warstw powietrza D_i. Ponadto obliczono zdalność hamowania cząstek alfa E_i/D_i oraz grubość warstwy powietrza <D_i>.

Ei /MeV	0,625	0,651	0,611	0,611	0,670
Di /mg · cm^-2	0,54	0,53	0,66	0,65	0,59
Ei/Di /MeV ·mg^-1 · cm^2	1,16	1,23	0,93	0,94	1,13
<Di> /mg · cm^-2	3,24	2,71	2,11	1,46	0,84

Wyk. 3. Zależność zdolności hamowania cząstek alfa w funkcji warstwy powietrza.

Z danych literaturowych wynika, że zdolność hamowania cząstek alfa powinna wzrastać aż do odległości maksymalnej, a następnie spaść do zera. Wykreślony wykres różni się trochę od przewidywanego, co prawdopodobnie wynika z błędów pomiarowych.

Wykreślono zależność całkowitej liczby zliczeń cząstek alfa rejestrowanych przez detektor od grubości warstwy powietrza.

Wyk. 4. Zależność całkowitej liczby zliczeń cząstek alfa rejestrowanych przez detektor w funkcji grubości warstwy powietrza.

Wyznaczono średni
i ekstrapolowany R_e zasięg cząstek alfa w powietrzu:

- dla N₀ = 245 zasięg
= 16,98 cm

- dla N₀ = 0 zasięg R_e = 31,55 cm

Następnie obliczono średni zasięg ze wzoru:

cm

3. Wnioski.

Na podstawie wykonanych pomiarów stwierdzono, że energia cząstek alfa maleje wraz ze wzrostem grubości absorbenta. Ponadto wyznaczono średni i ekstrapolowany zasięg cząstek alfa w powietrzu:

= 16,98 cm

R_e = 31,55 cm

i stwierdzono, że znacznie różni się on od zasięgu obliczonego ze wzoru
= 4,08 cm. Tak znaczna różnica wynika z tego, że nie było możliwe zbadanie widma cząstek alfa dla większej wartości ciśnień, co spowodowało mało precyzyjne wyznaczenie zasięgów.

---