Abako Łukasz Noske Rafał SP-PC11/1/1
ĆWICZENIE LABORATORYJNE Z FIZYKI Temat : Badanie pochłaniania promieniowania jądrowego przez materiały budowlane. Prowadzący ćwiczenie: Ocena:

1.Wstęp:

Celem ćwiczenia było zbadanie pochłaniania promieniowania jądrowego przez materiały budowlane takie jak sosna, dąb, beton, stal, mosiądz, ołów.

Promieniowanie, które oddziałuje z materią ulega częściowemu pochłonięciu. Wyróżnia się dwa główne rodzaje mechanizmy oddziaływania:

• oddziaływanie cząstek naładowanych z materią,

• oddziaływanie fotonów γ z materią.

Jeżeli, w przypadku przechodzenia cząstek naładowanych przez materię, suma energii kinetycznej cząstki padającej i atomu przed i po zderzeniu jest stała to takie oddziaływanie nazywamy sprężystym. Jeżeli zaś energia ta ulega zmianie, to takie oddziaływanie nazywamy niesprężystym. Oddziaływania sprężyste możemy podzielić na oddziaływania z elektronami i z jądrami. W przypadku zderzenia sprężystego czyli rozproszenia cząstek na jądrach bez emisji promieniowania i bez wzbudzenia jądra cząstka traci tylko tyle energii, ile wymaga zasada zachowania pędu.

Do oddziaływań niesprężystych należą:

• Zderzenia niesprężyste z elektronami atomów. Jest to główny sposób oddziaływania dla ciężkich cząstek. W wyniku tego zderzenia następuje jonizacja.

• Zderzenia z niesprężyste jądrem. Występuje tutaj zderzenia radiacyjne z emisją kwantu hamowania; jest to proces dominujący dla wysokoenergetycznych elektronów.

Przy oddziaływaniu fotonów z materią następuje usunięcia pojedynczego fotonu z wiązki padającej. Liczba takich zdarzeń jest proporcjonalna do grubości warstwy materii x i do liczby padających fotonów N. W postaci różniczkowej możemy ten proces zapisać następująco:

dN = -μ N dx

gdzie:

dN - liczba fotonów pochłoniętych

dx - grubość warstwy pochłoniętej

μ - współczynnik proporcjonalności, który nosi nazwę współczynnika osłabienia lub pochłaniania.

Dla fotonów γ o energiach od kilkudziesięciu keV do około 100 MeV największą rolę odgrywają trzy procesy:

• zjawisko foto elektryczne

• rozproszenie Comptona

• proces tworzenia par pozyton - elektron

Procesy te można rozpatrywać niezależnie, a zatem

μ = τ + σ + κ

τ - współczynnik dla zjawisk fotoelektrycznego

σ - współczynnik dla rozproszenia Comptona

κ - współczynnik dla procesu tworzenia par

Równanie 1 jest równaniem różniczkowym, które rozwiązujemy w następujący sposób. Dzielimy to równanie przez N, otrzymujemy wówczas:

μdx

Całkując obustronnie ostatnie wyrażenie dostajemy następującą zależność

lnN = -μ x + C

którą po rozwiązaniu, przekształcamy do postaci:

N = e^{-μ x + C}

czyli

N = e^C e^{-μ x}

Stałą C wyznaczamy z warunku brzegowego: dla x = 0, N = N₀

N₀ = e^C e^{-μ 0}

N₀ = e^C

Końcowy wzór opisujący prawo pochłaniania ma postać:

N = N₀ e^{-μ x}

Przekształcając powyższe równanie, otrzymujemy wyrażenie na współczynnik pochłaniania µ

Lp.	Rodzaj absorbenta	Grubość [cm]	Liczba zliczeń	Średnia liczba zliczeń	Skorygowana ilość zliczeń	μ	Grubość warstwy osłabionej 100-krotnie
1			4770	4700	4685
2									4631
3									4819
4									4604
5									4675
1			Sosna					7,15	269	290	275	0,4	11,6
2									295
3									302
4									296
5									285
1			Dąb					7,11	261	257	242	0,42	11
2									293
3									237
4									255
5									235
1			Stal					7,03	31	34	19	0,79	5,9
2									37
3									35
4									39
5									25
1			Mosiądz					7,00	22	29	14	0,83	5,6
2									31
3									36
4									23
5									33
1			Ołów					2,87	47	60	45	1,62	2,9
2									69
3									63
4									57
5									61
1			Beton					7,14	202	186	171	0,47	9,8
2									173
3									182
4									180
5									190

Wnioski:

1. Metoda pozwala określić stopień pochłaniania promieniowania przez poszczególne materiały budowlane.

2. Metoda ta pozwala na ustalenie( po przeprowadzeniu obliczeń matematycznych) grubość warstwy danego materiału niezbędnego do 100- krotnego osłabienia promieniowania.

3. Wartości poszczególnych μ materiałów podobnych (drewno, metale, beton) są wartościami zbliżone do siebie.

Zliczenia jakie były dokonywane były zliczeniami statystycznymi i wartość średnia, która była wykorzystywana do obliczeń może być obarczona błędem. Błąd, który popełnialiśmy praktycznie przy każdym pomiarze jest to błąd pomiaru grubości substancji pochłaniającej.

1

4