Twoim problemem jest to, że powszechną NICOŚĆ mylisz z osobistą PUSTKĄ
Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, kierunek Inżynieria Środowiska, studia zaoczne
Akademia Górniczo – Hutnicza
im. Stanisława Staszica w Krakowie
Ćwiczenie nr 2: Osłabienie promieniowania gamma przy przejściu przez materię.
Fizyka Środowiska, ćwiczenia laboratoryjne.
Prowadzący: mgr inż. Wiktor Filipek
Wykonał:
Paweł Sobczak
Wydział Górnictwa i Geoinżynierii
kierunek: Inżynieria Środowiska
studia zaoczne, rok III, semestr IV, grupa 2
Data wykonania ćwiczenia: 24 maj 2014r.
1. Wstęp teoretyczny.Promieniowanie γ jest jednym z wysokoenergetycznych, elektromagnetycznych promieniowań jądrowych. Powstaje ono w trakcie przechodzenia jądra atomowego o wzbudzonym stanie energetycznym do stanu niższego. Różnica energii pomiędzy tymi poziomami zostaje wypromieniowana w postaci kwantu promieniowania elektromagnetycznego – fotonu γ. Promieniowanie to oddziałuje z ośrodkiem, w którym się rozchodzi, czyli z elektronami, jądrami i polem elektrycznym jądra. Z oddziaływaniami tymi mamy do czynienia w zjawiskach:
· fotoelektrycznym,
· tworzenia par elektron-pozyton,
· zjawisku Comptona.
W celu zbadania oddziaływania promieniowania γ z materią najlepiej jest wykorzystać zjawisko Comptona, ponieważ w dwóch pozostałych zjawiskach oddziałujący foton γ zostaje całkowicie zaabsorbowany. W zjawisku fotoelektrycznym energia fotonu zostaje zużyta na jonizację fotonu i nadanie energii kinetycznej wybitemu elektronowi. Podczas tworzenia się par elektron-pozyton przy współdziałaniu jądra, foton przekształca się w elektron i pozyton. Natomiast w zjawisku Comptona część energii fotonu γ zostaje przekazana elektronowi, z którym się zderza. Foton o niższym poziomie energii zostaje odchylony o pewien kąt od kierunku pierwotnego.
Jeśli na drodze wiązki promieniowania γ zostanie umieszczona płytka absorbentu, to jej natężenie zmaleje, ponieważ kwanty γ są usuwane z wiązki w skutek oddziaływania z absorbentem. Usuwanie zachodzi z określonym prawdopodobieństwem zależnym od energii fotonów wiązki i materiału absorbentu.
Oddziaływanie fotonów z materią można scharakteryzować za pomocą prawdopodobieństwa usunięcia z wiązki na jednostkę drogi przebytej w absorbencie. Własność, Prawo osłabienia promieniowania gamma:
Ix=I0exp∙-μx
określa ilość n kwantów w wiązce w zależności od drogi x przebytej w absorbencie, gdzie:
J0 – początkowa ilość kwantów γ,
m – prawdopodobieństwo przypadające na jednostkę drogi w absorbencie.
Licznik scylacyjny – jest to licznik promieniowana gamma, detektory scyntylacyjne z wykorzystaniem fotopowielaczy, które konwertują słabe błyski na impulsy elektryczne, są już rutynowo używanym sprzętem nie tylko w badaniach jądrowych, fizyki wysokich energii, ale i w medycynie oraz technice. Zasada działania licznika scylacyjnego opiera się na zjawisku – promieniowanie wydzielane ze źródła absorbowane jest w pewnych materiałach i wyzwala w nich błyski świetlne w zakresie światła widzialnego, zwanego scyntylacjami. Obecnie scyntylatory to materiały przeźroczyste – ciecze, polimery jak i kryształy. Pozwala to na rozprzestrzenianie się scyntylacyjnych fotonów w ich wnętrzu, tak aby największa ich liczba dotarła do światłoczułej katody. Scyntylator jest dołączony do fotopowielacza, tak by fotokatoda znajdująca się w jego wnętrzu mogła zbierać fotony. Fotokatoda wykonana jest najczęściej związków antymonu (SbKCs, SbNa2K lub SbCs3) i nie jest ona przeźroczysta dla światła, a współczynnik załamania jest większy od współczynnika załamania w szkle lub próżni. Pozwala to fotonom na wielokrotne odbicia w jej wnętrzu, a tym samym wzrasta prawdopodobieństwo fotoemisji elektronów.
2. Cel ćwiczenia.Głównym celem doświadczenia jest:
· Sprawdzenie prawa osłabienia promieniowania gamma przy przejściu przez materię,
· Wyznaczenie współczynników osłabienia promieniowania gamma z uwzględnieniem losowego charakteru rejestrowanych zdarzeń,
· Sprawdzenie zależności współczynników osłabienia promieniowania gamma od energii kwantów gamma i liczby atomowej Z adsorbentów.
Ponadto, ćwiczenie umożliwia poznanie:
· Sposobu formowania wiązki promieniowania za pomocą kolimatorów,
· Licznikowej metody badania osłabienia promieniowania gamma,
· Budowy jedno kanałowego spektrometru scyntylacyjnego,
· Metod wyznaczania współczynników absorpcji: liniowego i masowego.
3. Opis ćwiczenia.Podczas ćwiczenia należało zmierzyć tło, dokonać pomiaru krzywych absorpcji dla ołowiu, miedzi i aluminium, wyznaczenia liniowych współczynników absorpcji dla wyszczególnionych absorbentów i zinterpretować otrzymane wyniki. Pomiaru tła należy dokonać przed pomiarem absorpcji, ponieważ podczas pomiaru krzywych absorpcji program każdorazowo odejmuje od zarejestrowanej liczby zliczeń średnią wartość tła <Nt>. Należało również dokonać pomiaru widm preparatów promieniotwórczych.
Czynności wykonane podczas ćwiczenia:
· wybrać rodzaj pomiaru i przygotować aparaturę do pomiarów w polu „Przygotowanie aparatury do pomiarów”,
· zapoznać się ze sposobem wykonania pomiarów, korzystając z instrukcji,
· zmierzyć widmo preparatu próbki promieniotwórczej;
· zmierzyć tło (2 razy) – dla dwóch preparatów promieniotwórczych,
· zmierzyć krzywe absorpcji promieniowania gamma w dwóch seriach pomiarowych: dla Pb, Cu i Al; dla dwóch preparatów promieniotwórczych;
· wyznaczyć liniowe współczynniki osłabienia promieniowania gamma,
4. Obliczenia i wykresy.4.1. Pomiar widma oraz tła dla preparatu promieniotwórczego Co60.Strona 6 z 10
Pom. widma dla Co60
L.p.
Napięcie progowe
Up [V]
N(Up)
1
2
1143
2
2,5
646
3
3
476
4
3,5
318
5
4
86
6
4,2
95
7
4,4
159
8
...