AKADEMIA TECHNICZNO-HUMANISTYCZNA

W BIELSKU-BIAŁEJ

OCHRONA ŚRODOWISKA

ROK I, SEMESTR II

SPRAWOZDANIE Z LABORATORIUM FIZYKI.

Temat : WYZNACZANIE GÓRNEJ GRANICY ENERGII

PROMIENIOWANIA
.

Wykonali :

Promieniowanie β^- powstaje w wyniku rozpadu promienia twórczego jądra,
z którego emitowany jest elektron.

Jeśli zaniedba się różnicę energii wiązania elektronów w atomach początkowym i końcowym bilans energetyczny dla przemian jądrowych w ogólności można zapisać wzorem:

gdzie:

M_X - masa atomu rozpadającego się

M_Y - masa atomu końcowego

Z_i, Z_f - liczby atomowe rozpadającego się i końcowego nuklidu

V_i, V_f - energia wzbudzenia jądra rozpadającego się i końcowego

Σm_a - suma mas produktów rozpadu (emitowanych cząsteczek)

Q - energia rozpadu, na którą składają się energia kinetyczna produktów rozpadu, oraz energia kwantowa.

Energia rozpadu β^- przy V_i=0 jest zatem równa:

Cząstka naładowana przechodząc przez materię oddziaływuje z atomami ośrodka, przy czym oddziaływanie to może być sprężyste lub niesprężyste, w zależności od tego, czy suma energii kinetycznych cząstki bombardującej i atomu pozostaje stała czy ulega zmianie. Cząstka naładowana może oddziaływać bądź z elektronami atomu bądź z jądrem, co może prowadzić do reakcji jądrowych lub tzw. rozproszenia potencjalnego zarówno przez pole Coulombowskie jak i siły jądrowe. W przypadku elektronów o energiach, które uzyskuje się w rozpadach promieniotwórczych, prawdopodobieństwo zajścia reakcji jądrowej, oraz rozproszenia przez siły jądrowe jest znikomo małe. Rozproszenie cząstek pochodzących z naturalnych źródeł promieniotwórczych, ze względu na wartość energii tych cząstek, zachodzi głównie w polu Coulombowskim jądra, o potencjale V(r)=Ze/r, lub elektronów powłoki elektronowej. Po rozproszeniu niesprężystym cząstki naładowanej przez atom wyemitowany zostaje foton, a powstające w ten sposób promieniowanie nazwane jest promieniowaniem hamowania.

W zderzeniach z elektronem z powłoki elektronowej cząstka naładowana może wywołać jonizację, bądź wzbudzenie atomu. Prawdopodobieństwo obu tych procesów jest tak małe, że możemy promieniowanie hamowania praktycznie pominąć. Liczba par jonów wytworzonych przez cząsteczkę naładowaną na jednostkowej drodze w danym ośrodku nazywa się jonizację właściwą. Zależy ona od rodzaju cząstki, rodzaju ośrodka i energii cząstki. Z jonizacją właściwą wiąże się tzw. wolność hamowania ośrodka, równa liczbowo stanie energii cząstki na drodze jednostkowej. Zdolność hamowania jest proporcjonalna do jonizacji właściwej, a dla danego ośrodka jest tym większa im większy jest ładunek cząstki i im mniejsza jest jej prędkość.

Wśród wielu metod wyznaczania maksymalnej energii cząstek metodą absorbcyjną jest niewątpliwie metodą najprostszą. Wyznaczenie E_βmax oparte jest o odpowiednio dobraną zależność:

W ćwiczeniu należy wykorzystać obie te możliwości. W tym celu należy dokonać pomiarów liczby N cząstek, które docierają do dekodera po przejściu przez absorbent o grubości X [mg/cm²] przy ustalonym czasie rejestracji. Jeżeli Δt to czas rejestracji cząstek docierających do dekodera to:

gdzie:

N=I⋅Δt - liczba cząstek zarejestrowanych w czasie Δt przy X≠0

N₀= I₀⋅Δt - liczba cząstek zarejestrowanych w czasie Δt przy X=0

Zatem:

gdzie N_t to tzw. tło pomiarów.

Opis układu pomiarowego.

Układ pomiarowy do wyznaczania absorpcji promieniowania jądrowego składa się z następujących zasadniczych elementów:

- domek pomiarowy, w którym umieszczone są : źródło promieniotwórcze, absorbent oraz detektor promieniowania jądrowego,

- wzmacniacz liniowy,

- przelicznik.

Praktycznie powyższe elementy realizowane są przez:

1. sonda scyntylacyjna wyposażona w scyntylator do promieniowania β^- (f. detektora).

2. światłoczuły domek pomiarowy z ołowiu o ściankach grubości 6cm.

3. obudowa typu STANDARD wypełniona: przelicznikiem, wzmacniaczem, zasilaczem i wyposażona w wyłącznik.

4. zasilacz wysokiego napięcia o zakresach napięcia: 1000,2000,2500 V.

5. wzmacniacz liniowy typu Wl-21 ze: skokową regulacją wzmocnienia impulsów wejściowych, skokową zmianą czasu kształtowania impulsów wyjściowych oraz przełącznikiem rodzaju polaryzacji impulsów wejściowych.

6. przelicznik typu P-21 umożliwiający zliczanie impulsów wyjściowych z sondy.

III. Wyniki pomiarów i obliczeń.

Pomiar tła na początku ćwiczenia, bez izotopu

Nr. tła	1	2	3	4	5
	41	26	27	38	33

Pomiary liczby N cząstek
po przejściu przez absorbenty:

nr	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Pomiar:	9455	5075	3344	1790	876	357	164	63	50	30

Pomiary tła po wyciągnięciu izotopu:

Nr tła	1	2	3	4	5
	33	30	27	29	32

WYNIKI PO ODJĘCIU TŁA:

a=0,020 Δa=0,001

b=10,087 Δb=0,149

Grubość absorbentu obliczamy ze wzoru

Zasięg maksymalny obliczamy z zależności

Maksymalną energię promieniowania
^- wyznaczamy korzystając z dwóch różnych metod :

1.

2. korzystając z tabeli ,wyznaczamy

	[MeV]
R < 0.03
0.002 < R < 0.02	E=6.67*R+0.0186
0.02 < R < 0.3
R > 0.3	E=1.85*R+0.245
R > 0.4	E=1.75*R+0.28

Tabela wyników obliczeń:

μ= 0.0165[cm^2/g]	lnNo=6.05	Rmax=0.52 [g/cm^2]
Eβt [MeV]	0.765	δ [%]
E1 [MeV]	0.96	25.49
E2 [MeV]	0.52	32.1
Emax [MeV]	0.74	3.3

IV. Wnioski

Widząc wykres załączony do opracowania, można dojść do wniosku, że aluminium i zapewne także i inne związki metali skutecznie zapobiegają rozprzestrzenianiu się cząstek promieniowania β-. Wraz ze wzrostem grubości warstwy chłonnej ( blaszki aluminiowe ) wyraźnie maleje ilość cząstek (e-) jakie docierają do detektora w urządzeniu badawczym.

Korzystając z przedstawionych i użytych metod można skutecznie i w miarę dokładnie określić maksymalną wartość energii promieniowania β-.

Patrząc na wyniki badań i ich wartości tablicowe zauważyliśmy pewne odchylenia. Różnice te mogą być spowodowane wieloma czynnikami takimi jak:

- rozregulowanie urządzenia mierniczego,

- uszkodzenie urządzenia mierniczego,

- nieszczelność komory badań,

- błędami tzw. przypadkowymi wynikłymi z m.in. złego ustalenia przesłon aluminiowych i odkształcenia tychże przesłon ( oraz ich uszkodzenia mechaniczne).

Z pewnością wpływ na uzyskane wyniki miało nasze wciąż małe doświadczenie (jako uczniów) w zakresie wykonywania ćwiczeń fizycznych, a w szczególności tak skomplikowanych tematów jakim było to badanie.

5

strona

---