Wstęp:

Celem ćwiczenia było badanie własności promieniowania gamma i jego oddziaływania z materią przy pomocy spektrometru scyntylacyjnego oraz zapoznanie się z charakterystycznymi punktami spektrogramów dla pierwiastków
.

Promieniowanie gamma stanowią kwanty energii
(fotony) wyemitowane przez wzbudzone jądra atomowe
(powstałe zwykle w przemianie jądrowej alfa lub beta):

=

Fotony te posiadają energię równą różnicy między poziomami energetycznymi jądra w stanie początkowym
i w stanie końcowym
.

=
-

Promieniowanie gamma przy oddziaływaniu z materią przekazuje energie fotonów elektronom wtórnym. Może się to odbywać w trzech zjawiskach: efekcie fotoelektrycznym, efekcie Comptona oraz efekcie tworzenia par.

Efekt fotoelektryczny polega na całkowitej absorpcji energii fotonu przez elektron, przy czym zjawisko to może zachodzić wyłącznie na elektronach związanych, a energia fotonu musi być większa od energii wiązania elektronu
. Energia kinetyczna wybitego elektronu wynosi:

Efekt Comptona polega na częściowemu przekazaniu energii fotonu elektronowi swobodnemu, czyli takiemu którego energia wiązania jest dużo mniejsza od energii fotonu. Odrzucone po zderzeniu z fotonem elektrony mają energię określoną wzorem:

- energia kinetyczna elektronu odrzuconego

- energia fotonu przed zderzeniem

- energia fotonu rozproszonego

Energię elektronów o maksymalnej energii określa wzór:

Efekt tworzenia par polega na kreacji pary elektron-pozyton (
) przez foton o dostatecznie dużej energii. Zjawisko to nie może mieć miejsca w próżni , a minimalna energię fotonu niezbędną do zajścia tego procesu określa wzór:

=1,02 MeV

Istnieje tez zjawisko odwrotne zwane procesem anihilacji w wyniku którego powstają dwa fotonu anihilacyjne, każdy o energii 0,51MeV.

Układ pomiarowy:

Schemat spektrometru oscylacyjnego.

Spektrometr oscylacyjny składa się z kryształu scyntylacyjnego aktywowanego talem NaJ(Ti), fotopowielacza, wzmacniacza liniowego i wielokanałowego analizatora amplitud.

Przebieg ćwiczenia:

-korzystając ze schematów rozpadów określono energię fotonów gamma emitowanych ze źródeł stosowanych w ćwiczeniu

-wyliczono wartości krawędzi komptonowskich oraz energii rozproszenia wstecznego

-skojarzono otrzymane widma energetyczne z poszczególnymi źródłami

-określono równanie prostej kalibracyjnej

-wyliczono wartości doświadczalne widocznych elementów widm

Opracowanie wyników:

Co-60	Wartość teoretyczna [MeV]	Nr kanału	Wartość doświadczalna [MeV]
Pik absorpcji całkowitej 1	1,17	2540	1,1611102E+00
Pik absorpcji całkowitej 2	1,33	2906	1,3351677E+00
Krawędź Comptona 1	0,96	1102	4,7724483E-01
Krawędź Comptona 2	1,11	2072	9,3854482E-01
Pik rozproszenia wstecznego 1	0,21	337	1,1343608E-01
Pik rozproszenia wstecznego 2	0,22	515	1,9808701E-01

….. - dane wykorzystane przy tworzeniu prostej kalibracyjnej

Określono przy pomocy schematu rozpadu promieniotwórczego znajdującego się w instrukcji oraz wzorów:

- Pik absorpcji całkowitej 1

2,55MeV - 1,33MeV = 1,17MeV

1,33MeV - 0MeV = 1,33MeV

- Krawędź Comptona 1

[MeV]

- Krawędź Comptona 2

[MeV]

- Pik rozproszenia wstecznego 1

[MeV]

- Pik rozproszenia wstecznego 2

[MeV]

Rachunek błedów przeprowadzono używając wzoru:

gdzie

A=

da=

B=

dB=

Spektrogram Co-60

Równania rozpadu:

Na-22	Wartość teoretyczna [MeV]	Nr kanału	Wartość doświadczalna [MeV]
Pik absorpcji całkowitej
Krawędź Comptona
Pik rozproszenia wstecznego
Pik absorpcji całkowitej (anih.)
Krawędź Comptona (anih.)
Pik rozproszenia wstecznego (anih.)

Spektrogram Na-22

Równania rozpadu:

Cs-137	Wartość teoretyczna [MeV]	Nr kanału	Wartość doświadczalna [MeV]
Pik absorpcji całkowitej
Krawędź Comptona
Pik rozproszenia wstecznego

Spektrogram Cs-137

Równania rozpadu:

Prosta kalibracyjna dla uzyskanych widm:

Wnioski:

---