• Laboratorium fizyki CMF PŁ

• Dzień ............ godzina................ grupa..........

Wydział _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

semestr _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ rok akademicki _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

ocena _____

1. Wstęp teoretyczny

Promieniowanie gamma to wysokoenergetyczna forma promieniowania elektromagnetycznego. Za promieniowanie gamma uznaje się promieniowanie o energii kwantu większej od 10 keV, co odpowiada częstotliwości większej od 2,42 Ehz, a długości fali mniejszej od 124 pm.

Źródłami promieniowania gamma mogą być:

• Reakcja jądrowa - jądra atomowe izotopów promieniotwórczych po rozpadzie znajdują się w stanie wzbudzonym. Powrót do stanu podstawowego, o niższej energii, powoduje emisję fotonu gamma.

• Reakcja syntezy - dwa jądra atomowe zderzają się, tworząc nowe jądro w stanie wzbudzonym. Jego przejściu do stanu podstawowego może towarzyszyć emisja jednego lub wielu kwantów gamma.

• Anihilacja - zderzenie cząstki i antycząstki, np. elektronu i pozytonu, powoduje zniknięcie obu tych cząstek i emisję co najmniej dwóch fotonów gamma

Promieniowanie gamma przechodząc przez materię ulega pochłanianiu (wielkość pochłaniania zależy od energii promieniowania). Za pochłanianie promieniowania gamma odpowiadają następujące zjawiska:

1. wewnętrzny efekt fotoelektryczny (Photo) w wyniku którego promieniowanie gamma oddaje energię elektronom odrywając je od atomów lub przenosząc na wyższe poziomy energetyczne,

2. rozpraszanie komptonowskie (Compton) słabo związane lub swobodne elektrony doznają przyspieszenia w kierunku rozchodzenia się promieniowania. W pojedynczym akcie oddziaływania następuje niewielka zmiana energii kwantu gamma. W wyniku oddziaływania z wieloma elektronami kwant gamma wytraca swą energię. Jest to najważniejszy sposób oddawania energii przez promieniowanie gamma.

3. kreacja par elektron-pozyton (Pair), kwant gamma uderzając o jądro atomowe powoduje powstanie par cząstka-antycząstka (warunkiem zajścia zjawiska jest energia kwantu gamma > 1,02 MeV - dwukrotnej wartości masy spoczynkowej elektronu),

4. reakcje fotojądrowe - niezwykle rzadkie, występuje przy odpowiednio dużej energii promieniowania (E_γ>18,6 MeV). W tym oddziaływaniu promieniowanie gamma oddaje energię jądrom atomowym wzbudzając je. Wzbudzone jądro atomowe może wypromieniować kwant gamma, ulec rozpadowi lub rozszczepieniu.

Czas połowicznego rozpadu (zaniku) (okres połowicznego rozpadu) jest to czas, w ciągu którego liczba nietrwałych obiektów lub stanów zmniejsza się o połowę. Pierwotnie czas ten dotyczył nietrwałych jąder atomowych pierwiastków (promieniotwórczych). W tym przypadku po czasie połowicznego rozpadu aktywność promieniotwórcza próbki zmniejsza się również o połowę.

2. Cel ćwiczenia

1. Określenie współczynnika absorpcji μ dla różnych materiałów (pleksiglas, ołów, beton) za pomocą pomiaru szybkości zliczania impulsów w funkcji grubości napromienianego materiału.

2. Obliczenie masowego współczynnika zaniku μ = μ/ρ (gdzie ρ jest gęstością absorbenta) z wartości mierzonych.

3. Przebieg doświadczenia i wyniki pomiarów

• Wykonano pomiar tła dla licznika Geigera - Mullera. Czas zliczania dla każdego pomiaru to 60s. Pomiar powtórzono 5 razy.

1. 0021

2. 0019

3. 0021

4. 0013

5. 0020

Średni wynik pomiaru tła to 94/5 ≈ 19

• Po zainstalowaniu źródła promieniowania ( Co-60) wykonano 3-krotnie pomiar nieosłabionego promieniowania gamma (n) Czas zliczania 60s.

1. 156

2. 158

3. 174

Średni wynik pomiaru: ≈163

Od nieosłabionego promieniowania odjęto wartość pomiaru tła:

168 - 19 = 144 - wynik ten będzie używany do dalszych obliczeń

• Wykonano pomiar dla różnych absorbentów:

1. Ołów (Pb)

1. Grubość absorbenta: 5 mm

1. 123

2. 117

3. 112

Średni wynik: ≈ 117

2) Grubość absorbenta: 10 mm

1. 118

2. 115

3. 116

Średni wynik: ≈ 116

1. Grubość absorbenta: 20 mm

1. 96

2. 106

3. 93

Średni wynik: ≈ 98

2. Pleksiglas:

1. Grubość absorbenta: 6 mm

1. 146

2. 136

3. 149

Średni wynik: ≈ 144

2. Grubość absorbenta: 10 mm

1. 131

2. 141

3. 143

Średni wynik: ≈ 138

3. Grubość absorbenta: 20 mm

1. 138

2. 135

3. 137

Średni wynik: ≈ 137

3. Beton:

1. Grubość absorbenta: 11 mm

1. 140

2. 145

3. 137

Średni wynik: ≈ 141

2. Grubość absorbenta: 16 mm

1. 137

2. 150

3. 134

Średni wynik: ≈ 140

3. Grubość absorbenta: 28 mm

1. 141

2. 139

3. 135

Średni wynik: ≈ 138

• Od otrzymanych średnik wyników odjęto pomiar tła

Próbka	Ołów (Pb)		Pleksiglas		Beton
		Średni wynik	Po odjęciu pomiaru tła	Średni wynik	Po odjęciu pomiaru tła	Średni wynik	Po odjęciu pomiaru tła
1.	117	98	144	125	141	122
2.	116	97	138	119	140	121
3.	98	79	137	118	138	119

• Obliczenia μ (liniowy współczynnik pochłaniania) i μ (masowy współczynnik pochłaniania).

Wiadomo, że:

μ = |a|

μ = μ / d

1. Ołów:

ρ = 11,34 [g/cm^2]

a ≈ - 0, 26

μ = 0,26

• = 0,26/11,34 ≈ 0,023 [cm^2 / g]

Δμ = 0,09

Δμ = 0,007

2. Pleksiglas

ρ = 1,18 [g/cm^2]

a ≈ - 0,092

μ = 0,092

μ = 0,092/1,18 ≈ 0,078 [cm^2 / g]

Δμ = 0,040

Δμ = 0,034

3. Beton

ρ = 2,3 [g/cm^2]

a ≈ - 0,064

μ = 0,064

• = 0,064/2,3 ≈ 0,028[cm^2 / g]

Δμ = 0,028

Δμ = 0,012

4. Wnioski

• Wraz ze wzrostem grubości absorbenta maleje promieniowanie gamma.

• Ołów ma największy liniowy współczynnik pochłaniania promieniowania gamma -natomiast pleksiglas najmniejszy.

• Mimo, że ołów ma największy liniowy współczynnik pochłaniania, to ma najmniejszy masowy współczynnik pochłaniania. Pleksiglas ma największy masowy współczynnik pochłaniania. Dane wyniki są jednak niedokładne, gdyż Δμ w przypadku betonu i pleksi jest wysokie równe w przybliżeniu połowie μ .Tak więc wyniki mogą być nieprawdziwe.

• Gęstość elektronowa mówi o prawdopodobieństwie znalezienia elektronu w danym miejscu. Ołów jako metal i dobry przewodnik, powinien mieć większa gęstość elektronową niż beton czy pleksiglas.

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

imię i nazwisko

nr indeksu _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

imię i nazwisko

nr indeksu _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

imię i nazwisko

nr indeksu _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Kod ćwiczenia	Tytuł ćwiczenia
W7	Prawo zaniku i pochłaniania promieni gamma.

---