Laboratorium Fizyki Współczesnej II

Ćwiczenie: aktywacja neutronowa

Przyroda II rok

Gdańsk, 20.03.2014

1. Wstęp teoretyczny

1. Źródła neutronów w eksperymentach

Źródłami neutronów mogą być różnego rodzaju reaktory jądrowe, akceleratory bądź źródła promieniotwórcze. W badania laboratoryjnych jako źródło wykorzystywany jest reaktor, który emituje zarówno neutrony powolne, jak i szybkie. W eksperymentach prowadzonych w terenie najlepszym źródłem neutronów są preparaty promieniotwórcze.

2. Prawo rozpadu promieniotwórczego

Jest to prawo określające zmianę ilości jąder substancji promieniotwórczej w czasie wskutek rozpadu promieniotwórczego. Rozpadem promieniotwórczym nazywamy zachodzącą samorzutnie przemianę jądrową, w wyniku której następuje emisja kwantu. Samorzutność tych zjawisk ma charakter losowy. Liczba jąder, które nie uległy rozpadowi w czasie t można wyznaczyć ze wzoru:

N(t) = No*e^{- λ*t}

Gdzie

N - liczba jąder

No - Liczba jąder w chwili początkowej

λ - stała rozpadu

t - czas

3. Oddziaływanie neutronów z materią

Rozproszenie elastyczne - polega na emisji przez jądro jednego neutronu, w wyniku uderzenia w jądro jego energia ulega zmianie, ten rodzaj oddziaływania z materią powoduje spowolnienie neutronów, zaś najlepszym materiałem spowalniającym jest jądro wodoru lub materiał zwierający duże ilości tego pierwiastka.

Rozproszenie nieelastyczne - neutron w wyniku zderzenia przekazuje część swojej energii , doprowadzając do wzbudzenia jąder. Wzbudzone jądra wracając do stanu podstawowego emitują kwanty promieniowania γ.

Absorpcja neutronów w reakcjach jądrowych, rozszczepienie jąder - jest to podział jądra na dwa nowe fragmenty rozszczepienia. Podział spowodowany może być przez bombardowanie jądra neutronami. Neutrony emitowane podczas rozszczepienia mogą inicjować następne procesy.

4. Podział neutronów ze względu na energię

1. Zimne (Ek=0,001eV)

2. Termiczne (Ek=0,025eV)

3. Rezonansowe (Ek=(1-1000) eV)

4. Pośrednich energii (Ek=(1-500) kV)

5. Prędkie (Ek=(0,5-50) MeV)

6. Wysokich energii (Ek=+50 MeV)

2. Aktywacja neutronowa - wyniki pomiarów doświadczenia

Pierwiastek - Mangan (55)

Czas pomiaru - t=200s

Czas przerwy - s=100s

Tabela 1.

Wyniki pomiarów, obliczenie stałej rozpadu

l.p.	L. zliczeń N	Niepewność	Zliczeń/s	Czas [s]	ln(N)	lambda
1	2304	48	12	300	7,74	0,00007
2	2139	46	11	600	7,67
3	2116	46	11	900	7,66
4	2059	45	10	1200	7,63
5	2008	45	10	1500	7,60
6	1981	45	10	1800	7,59
7	1892	43	9	2100	7,55
8	1834	43	9	2400	7,51
9	1851	43	9	2700	7,52
10	1884	43	9	3000	7,54
11	1808	43	9	3300	7,50
12	1765	42	9	3600	7,48
13	1657	41	8	3900	7,41
14	1679	41	8	4200	7,43
15	1652	41	8	4500	7,41
16	1595	40	8	4800	7,37
17	1615	40	8	5100	7,39
18	1534	39	8	5400	7,34
19	1567	40	8	5700	7,36
20	1449	38	7	6000	7,28
21	1431	38	7	6300	7,27
22	1426	38	7	6600	7,26
23	1410	38	7	6900	7,25
24	1335	37	7	7200	7,20
25	1287	36	6	7500	7,16
26	1302	36	7	7800	7,17

Wyznaczenie linii trendu z wykresu funkcji liczby zliczeń w czasie pozwala na obliczenie współczynnika nachylenia prostej. Co za tym idzie wyliczamy stałą rozpadu (Rys.1).

λ=ln(2)/(czas połowicznego rozpadu)

Rys.1. Wykres zależności liczby zliczeń N do czasu

Uzyskana stała rozpadu λ=0,00007

Następnie ze wzoru możemy wyliczyć czas połowicznego rozpadu, zgodnie z następującymi krokami:

λ = ln(2)/(czas połowicznego rozpadu)

(czas połowicznego rozpadu)*λ = ln(2)

czas połowicznego rozpadu = ln(2)/ λ

czas połowicznego rozpadu = 9902,103s = 2 godziny 27 minut i 43 sekundy

3. Wnioski

Uzyskany wyniki czasu połowicznego rozpadu dla Manganu (55) wyniósł 2 godziny 27 minut i 43 sekundy. Tablicowy czas połowicznego rozpadu tego pierwiastka wynosi 2,58 h, zatem możemy stwierdzić, że uzyskany przez nas doświadczalnie czas w dużym stopniu pokrywa się z czasem wzorcowym. Tak dobre dopasowanie czasów połowicznego rozpadu może być wynikiem przeprowadzenia wielu pomiarów.

---