Rok akademicki 1997/98	LABORATORIUM FIZYCZNE
Ćwiczenie nr 55	IDENTYFIKACJA PIERWIASTKA PROMIENIOTWÓRCZEGO PRZEZ WYZNACZENIE GÓRNEJ GRANICY WIDMA BETA
Wydział Mechaniczny IZK grupa K05 B	Wykonał: Marcin Majka
Data wykonania	OCENA		DATA	PODPIS
12.03.98	T
	S

1. Część teoretyczna

Jak wiadomo elektrony i inne cząstki naładowane tracą energię podczas ruchu w ośrodku materialnym. Miarą strat energii cząstki naładowanej jest wielkość -dW / dχ , czyli ubytek energii cząsteczki dW przypadający na jednostkę długości drogi dχ . Rozróżnia się straty na jonizację i na promieniowanie. Pierwszy rodzaj strat uwarunkowany jest oddziaływaniem cząstek naładowanych z elektronowymi powłokami atomów, drugi zaś oddziaływaniem z jądrami. Straty jonizacyjne zależą od prędkości ν w zakresie energii cząstek aż do energii rzędu kilku MeV. Przy dalszym wzroście prędkości i energii cząstki nie ma jonizacyjnych strat energii. Straty na promieniowanie związane są z powstawaniem promieniowania hamowania, czyli z wysyłaniem fotonów podczas hamowania cząstki w kolumbowskim polu jąder atomów ośrodka. Wynikiem takiego hamowania jest pojawienie się promieni rentgenowskich o ciągłym widmie częstości ( tzw. promieniowanie rentgenowskie białe ). Szczególnie wielkie są straty energii związane z hamowaniem w przypadku ośrodków skondensowanych, w których wielka jest gęstość jąder i w związku z tym, wielkie prawdopodobieństwo hamowania przez jądra cząstek naładowanych. Promieniowanie hamowania jest podstawową przyczyną strat energii w przypadkach elektronów prędkich, podczas gdy dla protonów i cięższych jąder naładowanych straty związane z hamowaniem są nieistotne. Dla elektronów o małej energii głównym źródłem strat są straty jonizacyjne. Do zliczania cząstek naładowanych, którym mimo strat energii w czasie przechodzenia przez środek materialny udało się przebić przez ten ośrodek służy licznik Geigera-Müllera. Licznik Geigera-Müllera jest to cylinder metalowy wypełniony gazem. Wzdłuż osi cylindra rozpięty jest metalowy drut, który ma względem ścianek potencjał dodatni około 1000V. Pojawienie się wewnątrz cylindra cząstki jonizującej powoduje powstanie w liczniku jonów, które są przyśpieszane przez pole elektryczne między drutem a cylindrem i wywołują z kolei dalszą jonizację. Bardzo wysoki wzrost liczby jonów powoduje wyładowanie. Za każdym razem, kiedy w liczniku wzbudza się wyładowanie, impuls prądu powstający w liczniku i wzmacniany do wymaganej wartości sygnalizuje pojawienie się w nim jednej cząstki.

Celem pomiaru było wyznaczenie zasięgu maksymalnego cząstek β w aluminium metodą całkowitego pochłaniania. Mierzoną wielkością była liczba impulsów zliczanych przez licznik Geigera-Müllera w czasie stu sekund. Na podstawie ilości cząstek naładowanych, które przeszły przez ośrodek materialny możemy wyznaczyć energię maksymalną cząstek β, a korzystając z wykresu zależności

możemy wyznaczyć rodzaj pierwiastka promieniotwórczego użytego w ćwiczeniu.

2. Schemat układu pomiarowego

3. Dokładność pomiarów

W ćwiczeniu należy obliczyć błędy statystyczne dokonanych pomiarów. Aby te błędy były jak najmniejsze, serie pomiarów powinno wykonywać się wiele razy (w naszym przypadku 2 razy).

Błąd statystyczny:

Błędy pomiaru liczby zliczeń obliczamy za pomocą wzoru:

Wyniki obliczeń przedstawiono w tabeli.

4. Tabela pomiarowa

Lp.	ni	_ ni	_ Ni	Ri	_ ΔNi=±	_ lnNi	_ Δ(lnNi)
1	182,190	186	111,6	0	10,56	4,71	0,09
2	132,104	118	70,8	20,25	8,41	4,26	0,12
3	94,103	98,5	59,1	40,5	7,68	4,08	0,13
4	85,66	75,5	45,3	60,75	6,73	3,81	0,15
5	61,49	55	33	81	5,74	3,50	0,17
6	59,50	54,5	32,7	101,25	5,71	3,49	0,17
7	51,45	48	28,8	121,5	5,36	3,36	0,19
8	43,37	40	24	141,75	4,89	3,18	0,20
9	36,47	41,5	24,9	162	4,98	3,21	0,20
10	48,38	43	25,8	182,25	5,07	3,25	0,20
11	39,34	36,5	21,9	202,5	4,67	3,09	0,21
12	39,34	36,5	21,9	tło	4,67	3,09	0,21

5. Wykres

Wykres lnN_i = f(R_i) dołączono na papierze milimetrowym na końcu sprawozdania.

6. Wnioski

Zasięg maksymalny cząstek β w aluminium określamy z wykresu zależności lnN_i = f(R_i) poprzez ekstrapolację krzywej absorpcji do tła. Maksymalną energię cząstek beta możemy wyznaczyć z zależności R_max = f(E_βmax), a stąd możemy zidentyfikować pierwiastek promieniotwórczy.

Zasięg maksymalny cząstek β wynosi: Rmax = 110 mg/cm2, co w przybliżeniu odpowiada pierwiastkowi 185W o energii maksymalnej Eβmax = 0,430.

---