LABORATORIUM FIZYKI II			Ćwiczenie nr: 11
Wydział: Mechatronika	Grupa: R 39	Zespół: 6	Data wykonania: 05-04-2000
Nazwisko i imię: Żelski Krzysztof			Ocena	Przygotowanie:
Sprawozdanie przyjęto:	Data:	Podpis:
									Zaliczenie
Prowadzący:

Celem ćwiczenia było badanie promieniowania γ. Do badań wykorzystaliśmy spektrometr scyntylacyjny.

Poniższy rysunek przedstawia schemat blokowy takiego spektrometru:

Sam licznik scyntylacyjny składa się z kryształu scyntylacyjnego, oraz ze sprzężonego z nim optycznie fotopowielaczem. Fotopowielacz składa się z fotokatody, oraz układu elektrod - dynody i anody. Wszystko to zamknięte jest w próżnioszczelnej i światłoszczelnej obudowie. Schemat takiego licznika przedstawia poniższy rysunek:

W naszym przypadku wielokanałowym analizatorem amplitudy był komputer klasy PC wyposażony w odpowiednie oprogramowanie i kartę przetwornikową A/C.

Podczas ćwiczenia badaliśmy trzy pierwiastki promieniotwórcze: kobalt (Co), Cez (Ce i Sód (Na). Przy pomocy układu pomiarowego wykonaliśmy pomiary widm impulsów z licznika scyntylacyjnego dla wyżej wymienionych źródeł.

Aby określić energię kwantu na postawie numeru kanału musieliśmy przeprowadzić proces skalowania spektrometru. Aby znaleźć mnożnik, posłużyliśmy się zależnością, energia kwantu jest wprost proporcjonalna do ilości zliczeń. Korzystając z programu N-kwadrat wyznaczam krzywą regresji E=aN+b na podstawie znajomości energii i numerów kanałów trzech zadanych punktów widm (widmo Co - punkty 3 i 7 oraz punkt 5 z widma Ni)

Nr punktu (pierwiastek)	Energia kwantu	Nr kanału
3 (Co)	0,31	515
7 (Co)	1,33	2948
5 (Ni)	0,51	1184

Z otrzymanej prostej wynika, że

a=(4,29±0,38)E-04

b=0,05±0,07 (błąd większy od wartości ??)

Pierwiastek kobaltu.

Schemat rozpadu tego pierwiastka zamieszczam poniżej.

Spektrogram promieniowania jest dołączony do sprawozdania. Poniżej znajduje się tablica punktów charakterystycznych oraz stanów energetycznych.

Energie odpowiadające poszczególnym numerom kanałów wyznaczam z zależności E=aN+b, przy czym błąd wyznaczenia energii wyliczam metodą różniczki zupełnej. Wynosi on: ΔE =

Punkt ch-czny	Energa E [MeV]	Nr kanału N	błąd wyznaczenia energii [MeV]	Wartość teoretyczna E [MeV]
1	0,09	101	0,07
2	0,13	186	0,07
3	0,27	515	0,08	0,21
4	0,28	540	0,08	0,21
5	1,02	2259	0,11	1,12
6	1,17	2600	0,12	1,17
7	1,31	2948	0,12	1,33

Zgodnie ze schematem w wyniku przemiany powstało więcej kwantów γ o energii 1,33 MeV i nieco mniej kwantów o energii 1,17 MeV. Tak więc dla promieniowania γ emitowanego przez jądra Ni powinny zachodzić dwa efekty fotoelektryczne. Dowodem potwierdzającym ten wywód są dwa fotopiki oznaczone numerami 6 i 7 na spektrogramie odpowiadają im energie 1,17 i 1,31 [MeV]. Z tego względu powinny też wystąpić dwie krawędzie comptonowskie będące efektem wystąpienia efektu Comptona (rozpraszanie kwantów γ na elektronach swobodnych). W rzeczywistości widzimy tylko jedną taką krawędź. Nie znaczy to, że druga nie istnieje Powinny również być widoczne dwa (3 i 4) piki związane z faktem że kwant γ rozproszony do wnętrza atomu, gdzie elektron atomu powoduje zajście zjawiska fotoelektrycznego. Za niemożność rozróżnienia tych pików odpowiada fakt, że różnice w ich energii są bardzo małe. Ostatni pik oznaczony numerem 2 wynika z promieniowania rentgenowskiego wynikającego ze zjawiska fotoelektrycznego. W zjawisku tym kwant γ znika przekazując swą energię elektronowi na jednej z powłok atomowych. Efekt ten nie zachodzi na elektronach swobodnych. Prawdopodobieństwo wystąpienia takiego zjawiska rośnie wraz ze wzrostem energii wiązania elektronów, dlatego jeżeli tylko energia kwantu γ jest większa od energii wiązania elektronu na powłoce K elektrony będą wybijane właśnie z tej powłoki. Miejsce po wybitym elektronie zapełniane jest przez któryś z elektronów z wyższych powłok przy czym emitowany jest kwant promieniowania X.

Pierwiastek cezu:

Schemat rozpadu tego pierwiastka zamieszczam poniżej.

Spektrogram badania tego pierwiastka zamieszczony jest do wykresu. Poniżej znajduje się tablica punktów charakterystycznych i odpowiadających im energii:

Punkt ch-czny	Energa E [MeV]	Nr kanału N	błąd wyznaczenia energii [MeV]	Wartość teoretyczna E [MeV]
1	0,10	106	0,07
2	0,13	191	0,07
3	0,25	455	0,08	0,18
4	0,51	1080	0,09	0,48
5	0,69	1482	0,10	0,66

Na skutek pierwszej z przemian zachodzi przekształcenie neutronu w proton oraz wyrzucenie z jądra elektronu i antyneutrina elektronowego. W ten sposób powstają wzbudzone atomy Ba. Nadmiar energii jaka posiada taki atom jest wypromieniowywany w postaci kwantu γ. Dla tych kwantów zachodzi następnie zjawisko fotoelektryczne. Odzwierciedleniem tego jest fotopik nr 5 któremu odpowiada energia 0,69 [MeV] (wyznaczona) . Kwanty γ mogą ulec także rozproszeniu na elektronie swobodnym, lub na elektronie związanym (o ile energia wiązania elektrony jest dużo mniejsza od energii kwantu γ). W tych przypadkach zachodzi efekt Comptona. Na spektrogramie znajduje się krawędź comptonowska i jest ona oznaczona numerem 4. W trakcie rozpadu istnieje także możliwość rozproszenia kwantu γ na elektronie tak, że skieruje się on do wnętrza atomu wywołując zjawisko fotoelektryczne. Jest to tzw rozproszenie wsteczne i odpowiada mu pik nr 3. Pik nr 2 jest efektem zjawiska fotoelektrycznego w wyniku którego doszło do emisji promieniowania rentgenowskiego.

Pierwiastek sodu:

Schemat rozpadu tego pierwiastka zamieszczam poniżej.

Spektrogram badania tego pierwiastka zamieszczony jest do wykresu. Poniżej znajduje się tablica punktów charakterystycznych i odpowiadających im energii:

Punkt ch-czny	Energa E [MeV]	Nr kanału N	błąd wyznaczenia energii [MeV]	Wartość teoretyczna E [MeV]
1	0,09	97	0,07
2	0,12	156	0,07	0,17
3	0,23	427	0,08	0,22
4	0,39	793	0,08	0,34
5	0,56	1184	0,09	0,51
6	1,05	2338	0,11	1,05
7	1,26	2821	0,12	1,27

Promieniowanie γ pochodzi z jąder Ne. Druga z zapisanych reakcji pokazuje przemianę γ, której skutkiem jest wypromieniowanie kwantu o energii 1,27 MeV. Kwant ten wywołuje zjawisko fotoelektryczne. Na spektrogramie fakt ten obrazuje fotpik oznaczony numerem 7 i odpowiada mu wyznaczona energia promieniowania równa 1,26 [MeV]. Pierwsza z przemian jest efektem tworzenia się par. kwantów ulegających temu efektowi nie da się zarejestrować. Można jedynie rejestrować kwanty ulegające efektowi Comptona lub fotoelektrycznemu. Zobrazowaniem zjawiska fotoelektrycznego jest pik nr 5 (odpowiednik energii potrzebnej do efektu tworzenia par). zauważamy także krawędź comptonowską oznaczoną numerem 6. . Pik nr 1 jest pochodzenia zjawiska fotoelektrycznego w wyniku którego powstaje promieniowanie X.

Zdolność rozdzielcza spektrtometru:

---