POLITECHNIKA WARSZAWSKA

WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA

SPRAWOZDANIE Z ĆWICZEŃ LABOLATORYJNYCH Z FIZYKI:

„Badanie osłabienia promieniowania gamma przy przechodzeniu przez materię”

Brzozowski Piotr Gr.10

Jończyk Jakub Gr.10

Karpiński Radosław Gr.9

Warszawa 2008

Celem doświadczenia jest zbadanie osłabienia promieniowania gamma przy przechodzeniu przez materię oraz wyznaczenie współczynników osłabienia dla miedzi, ołowiu i aluminium i porównanie ich.

Promieniowaniem gamma nazywamy falę elektromagnetyczną emitowaną przy przejściu jąder ze stanów wzbudzonych do stanów energetycznie niższych lub powstałą przy reakcjach jądrowych. W naszym doświadczeniu zajmiemy się promieniowaniem gamma pochodzącym z reakcji rozpadu Cezu ¹³⁷Cs. Warto zaznaczyć, że promieniowanie gamma nie występuje w przyrodzie jako samodzielny rodzaj promieniowania, towarzyszy ono przemianom
i
nie zmieniając ładunku ani liczby atomowej. Kwanty gamma dzięki swojej dużej energii bardzo silnie oddziałuje z materią. W zależności od tego, jaką energię niesie ze sobą kwant można obserwować:

• Efekt Comptona - w jego wyniku kwant promieniowania zmienia kierunek swojego ruchu oddając część energii elektronom z ostatnich orbit.

• Zjawisko fotoelektryczne - w jego wyniku kwanty gamma oddają energię elektronom silnie związanym z jądrem (odrywając lub przenosząc na wyższe poziomy energetyczne)

• Kreacja par elektron-pozyton - czyli powstawanie z kwantu pary cząstki i antycząstki - wymaga najwyższej energii ze wszystkich wymienionych procesów (zgodnie z zasadą zachowania energii-masy musi ona zrównoważyć masę spoczynkową elektronu i pozytonu, czyli 1,02MeV)

Inną ważną cechą promieniowania gamma jest fakt, że posiada ono dyskretne liniowe widmo. (jednym z naszych pomiarów będzie zdjęcie widma scyntylacyjnego kobaltu).

W naszych pomiarach zajmiemy się kwantami gamma o energii 0,66 MeV co oznacza, że wszystkie z trzech opisanych procesów będą miały wkład do współczynnika osłabienia
, który spełnia zależność

(gdzie poszczególne czynniki pochodzą od opisanych zjawisk). Zakładając losowy charakter trzech opisanych zjawisk (a więc przyjmując, że osłabienie ogólnie przebiega losowo) zapiszemy:

co oznacza, że osłabienie wiązki jest proporcjonalne do grubości absorbentu i wartości jej natężenia (
). Po scałkowaniu tego równania otrzymamy wykładniczą zależność osłabienia natężenia promieniowania gamma. Eksperymentalnie ustalono, że użyta przez nas stała a jest równa współczynnikowi osłabienia
. Ostatecznie więc wzór, z którego skorzystamy przyjmie postać:

gdzie
to początkowa wartość natężenia wiązki promieniowania, a
to wartość tego natężenia po przejściu przez absorbent o grubości
. Jeżeli przyjmiemy ponadto, że
to wkład do natężenia wiązki pochodzący od jednej cząstki, to oznacza, że możemy przejść od natężeń do liczby kwantów promieniowania w wiązce:

Pomiar absorpcji promieniowania w Ołowiu

~Grubość abs.	Grubość ze śr. aryt.	Liczba kwantów	Ln z liczby kwantów
2	1,897 +/-0,027	2446 +/-50	7,80 +/-0,021
5	5,010 +/-0,010	1636 +/-40	7,40 +/-0,025
7	6,981 +/-0,006	1311 +/-37	7,18 +/-0,028
10	9,908 +/-0,008	912 +/-31	6,82 +/-0,034
12	11,893 +/-0,007	832 +/-29	6,72 +/-0,035
15	14,978 +/-0,007	590 +/-25	6,38 +/-0,044
17	16,980 +/-0,007	482 +/-22	6,18 +/-0,046
20	20,012 +/-0,006	328 +/-19	5,79 +/-0,056

Pomiar absorpcji promieniowania w Miedzi

~Grubość abs.	Grubość ze śr. aryt.	Liczba kwantów	Ln z liczby kwantów
2	1,948 +/-0,006	2576 +/-51	7,85 +/-0,020
5	4,885 +/-0,010	2276 +/-48	7,73 +/-0,021
7	7,083 +/-0,007	2006 +/-45	7,60 +/-0,023
10	10,077 +/-0,007	1664 +/-41	7,42 +/-0,025
12	12,051 +/-0,007	1512 +/-39	7,32 +/-0,026
15	15,053 +/-0,008	1265 +/-36	7,14 +/-0,029
17	17,081 +/-0,007	1103 +/-34	7,01 +/-0,030
20	20,144 +/-0,010	937 +/-31	6,84 +/-0,033

Pomiar absorpcji promieniowania w Aluminium

~Grubość abs.	Grubość ze śr. aryt.	Liczba kwantów	Ln z liczby kwantów
5	5,043 +/-0,005	2635 +/-52	7,88 +/-0,020
10	10,005 +/-0,005	2379 +/-49	7,77 +/-0,021
15	14,773 +/-0,012	2261 +/-48	7,72 +/-0,021
20	20,071 +/-0,007	2029 +/-45	7,62 +/-0,023

Obliczenia:

Aluminium:

y=(-0,018)x+7,81

μ=-a μ=0,018 1/mm N₀=e^b czyli N₀=2465 imp/min

Wniosek:

Współczynnik absorpcji aluminium μ wynosi 0,018 1/mm

Obliczenia:

Ołów:

0

y=(-0,110)x+8,43

μ=-a μ=0,110 1/mm N₀=e^b czyli N₀=4582 imp/min

Wniosek:

Współczynnik absorpcji ołowiu μ wynosi 0,110 1/mm

Obliczenia:

Miedź:

y=(-0,057)x+7,81

μ=-a μ=0,057 1/mm N₀=e^b czyli N₀=2465 imp/min

Wniosek:

Współczynnik absorpcji miedzi μ wynosi 0,057 1/mm

WNIOSEK OGÓLNY

Dla ołowiu małe zmiany grubości absorbentu powodują duże osłabienie promieniowania

Dla miedzi występuje mniejsze osłabienie promieniowania wraz z wzrostem grubości

Dla aluminium występują bardzo małe zmiany promieniowania wraz z wzrostem grubości

Wynika z tego, że najlepszym absorbentem jest Ołów

Data wykonania ćwiczenia: 02.04.2008

Data oddania sprawozdania: 09.04.2008

---