POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA

LABORATORIUM FIZYKI

Ćwiczenie nr 1.

Temat:

Wyznaczanie energii promieniowania γ metodą połówkowego osłabienia.

Skład grupy:

Piotr Szewczyk

Jerzy Rosołowski

Wydz. Elektryczny

Gr. 6 Sem. IV

1. Wiadomości podstawowe.

1) Oddziaływanie promieniowania gamma z materią

Zjawisko fotoelektryczne - proces niesprężysty , w którym elektron związany z atomem przyjmuje całkowitą energię fotonu. W zjawisku fotoelektrycznym wywołanym przez promieniowanie X czy gamma energia kwantu hn zostaje całkowicie pochłonięta przez atom i przekazana jednemu z elektronów , który uzyskuje energię kinetyczną E = hn-W , gdzie W oznacza energię wiązania danego elektronu. Zjawisko fotoelektryczne jest możliwe jeżeli hn >W.

2) Zjawisko Comptona - proces niesprężystego rozproszenia przez swobodne elektrony. Jeżeli energia fotonów hn jest mniejsza od energii wiązania elektronów w atomie , to fotony doznają rozproszenia klasycznego bez zmiany energii. Gdy energia fotonów przekracza energię wiązania elektronów , rozproszenie klasyczne przechodzi w rozproszenie komptonowskie i wówczas foton rozproszony traci pewną część energii na rzecz wytrąconego elektronu. Przy energiach fotonu hn dużych w porównaniu z energią wiązania elektronów nie popełnia się dużego błędu traktując elektrony związane z atomami jako elektrony swobodne.

3) Zjawisko tworzenia par - proces niesprężystego oddziaływania fotonów z polem elektrycznym jąder , którym całkowita fotonu zostaje przekazana parze elektron - pozyton. Proces ten zachodzi przy energiach fotonów większych od 2mc² = 1.02 MeV wtedy część energii absorbowanego kwantu jest zużywana na utworzenie masy pary elektron - pozyton , a resztę energii zatrzymuje para jako energię kinetyczną.

PRAWO POCHŁANIANIA DLA PROMIENIOWANIA

Współczynniki pochłaniania - przy przejściu promieni X lub gamma przez materię zachodzi charakterystyczna dla promieniowania elektromagnetycznego absorbcja wykładnicza , w odróżnieniu od absorbcji naładowanych cząstek , dla których istnieje określony związek między energią i zasięgiem. Dla danej długości fali zależność natężenia wiązki przepuszczonej przez absorbent od grubości x absorbenta ma postać

I = I₀e^-ux

gdzie

I - natężenie wiązki , która przechodzi przez absorbent

x - grubość

I₀ - natężenie wiązki padającej

u - stała dla danej długości fali , zwanej liniowym całkowitym współczynnikiem absorbcji. Czasem używa się wielkości u/q = u_m , która nazywa się masowym współczynnikiem absorbcji.

DELEKTORY

Delektorami to liczniki pozwalające na rejestrację przejścia cząstki przez urządzenie detekcyjne bez możliwości prześledzenia toru tej cząstki. Rejestracja odbywa się za pomocą impulsu elektrycznego , powstającego bądź to wskutek wytworzenia ładunku elektrycznego bezpośrednio przy przejściu cząstki , bądz to uzyskanego za pośrednictwem zjawiska fotoelektrycznego z błysku świetlnego , towarzyszącego przechodzeniu cząstki przez pewne materiały.

Wyróżniamy :

- liczniki jonizacyjne - rejestruje prąd jonów wytworzony w gazie między okładkami kondensatora przy przejściu czastki jonizującej.

- liczniki półprzewodnikowe

a) detektory z barierą powierzchniową

b) detektory typu dyfuzyjnego

c) detektory dryfowe

- liczniki scyntylacyjne

a) nieorganiczne

b) organiczne

c) gazowe

- detektory neutronów

2. Przebieg ćwiczenia.

1. Schemat blokowy układu pomiarowego.

gdzie: I - licznik Geigera - Mollera

II - przelicznik PT-72

III - zasilacz wysokiego napięcia ZWN-42

2.2. Tabele pomiarowe.

miedz			ołów
ilość płytek	dn	Zn	ilość płytek	dn	Zn
----	[ mm ]	[imp/100sek	---	[mm]	imp/100sek
0	0	1710	0	0	1642
1	1	1491	1	3,14	1397
2	1,43	1429	2	3,21	1183
3	1,42	1358	3	3,18	1052
4	1,95	1356	4	3,19	939
5	1,95	1310	5	3,15	806
6	1	1244	6	3,19	653
7	1,91	1098	---	---	---
8	1,94	1140	---	---	---
9	1,93	1041	---	---	---
10	4,82	916	---	---	---
11	4,86	738	---	---	---
12	4,79	637	---	---	---

d_n - grubość poszczególnych płytek

Z_n - liczba zliczeń przy włożeniu n - płytek

Zt - liczba zliczeń dla tła ( Zt = 22 [imp/100sek] )

t = 100 [ s ]

3. Opracowanie wyników

		miedż						ołów
d=Σdn/n			d=ndr	Nn=Zn/t	Nt=Zt/t	logNn		d=Σdn/n	d=ndr	Nn=Zn/t	Nt=Zt/t	log Nn
[mm]			[mm]	imp/sek	imp/sek	---		[mm]	[mm]	imp/sek	imp/sek	---
2,41			0	17,10	0.22	1,23		3,17	0	16,42	0.22	1,21
2,41			1	14,91	0.22	1,17		3,17	3,14	13,97	0.22	1,14
2,41			2,86	14,29	0.22	1,15		3,17	6,42	11,83	0.22	1,07
2,41			4,26	13,58	0.22	1,13		3,17	9,54	10,52	0.22	1,02
2,41			7,8	13,56	0.22	1,13		3,17	12,76	9,39	0.22	0,97
2,41			9,75	13,10	0.22	1,11		3,17	15,75	8,06	0.22	0,90
2,41			6	12,44	0.22	1,09		3,17	19,14	6,53	0.22	0,81
2,41			13,37	10,98	0.22	1,04
2,41			15,52	11,40	0.22	1,05
2,41			17,37	10,41	0.22	1,02
2,41			48,2	9,16	0.22	0,96
2,41			53,46	7,38	0.22	0,87
2,41			57,48	6,37	0.22	0,80

2.4. Przykłady obliczeń.

t=100[sek]

d = Σd_n/n = 28,92/12 = 2.41[mm]

N_n = Z_t/t = 1710/100 = 17,10 [imp/sek]

N_t = Z_t /t = 22 / 100 = 0.22 [imp/sek]

2.5. Wyznaczenie współczynnika pochłaniania:

Grubości połówkowe odczytane z wykresu

- dla miedzi - d_1/2 = 32 mm

- dla ołowiu - d_1/2 = 14.8 mm

Podstawiając wartości otrzymujemy:

6. Odczytujemy współczynniki kierunkowe prostej.

a = μ ⋅lne

- dla miedzi - a = 0,316⋅ 0,999 = 0,316 1/cm

- dla ołowiu - a = 0,47⋅ 0,999 = 0,469 1/cm

7. Obliczenie masowego współczynnika osłabienia

- dla miedzi -

- dla ołowiu -

Wstawiając otrzymane wyniki do tabeli odczytujemy energię promienia dla źródła użytego w ćwiczeniu. Energia ta wynosi: E = 3,0 MeV

Wnioski:

Przeprowadzone ćwiczenie pozwoliło nam na wyznaczenie energii promieniowania γ metodą połówkowego osłabienia. Polega ona na wyznaczeniu grubości połówkowych pochłaniaczy ( d_1/2 - z wykresów N = f(d) ), oraz wyznaczeniu współczynnika pochłaniania μ dla poszczególnych materiałów. Znając gęstości tych materiałów obliczamy masowy współczynnik osłabienia ( atenaucji ) który po przeliczeniu daje energię promieniowania używanego źródła. Z otrzymanych wyników pomiarów wynika , że energia promieniowania dla źródła używanego w naszym ćwiczeniu wynosi 3 MeV.

---