Temat: Wyznaczanie współczynnika absorpcji promieni gamma

Promieniowanie gamma zazwyczaj towarzyszy promieniowaniu α i β. Powstaje ono w wyniku przejścia atomu ze stanu wzbudzonego do mniej wzbudzonego lub podstawowego. Promieniowanie gamma jest promieniowaniem elektronowym o długości fali
do
m Posiada duże zdolności przenikania przez materię, może oddziaływać z elektronami, jądrami atomów, polem elektromagnetycznym oraz polem magnetycznym. Oddziaływania te mogą prowadzić do całkowitej absorpcji lub rozproszenia promieniowania gamma z wyżej wymienionych procesów w praktyce obserwujemy tylko trzy:

• Zjawisko fotoelektryczne. Pochłanianie fotoelektryczne polega na całkowitym przekazaniu energii jednego z elektronów i oderwanie go od atomu. Zjawisko to jest możliwe, gdy kwant gamma posiada energię mniejszą od 1 MeV.

• Efekt Camptona zachodzi wówczas, gdy energia kwantów gamma jest większa od energii wiązania elektronów z atomem. Wówczas foton traci tylko część swej energii, a w miejsce pierwotnego kwantu gamma pojawia się foton rozproszony o mniejszej energii oraz wybity elektron orbitalny.

• Tworzenie par. Zjawisko to występuje gdy kwanty promieniowania gamma posiadają w polu elektrycznym jąder atomów absorbentu energię większą od 1,02 MeV. W wyniku tego oddziaływania powstaje para cząstek elektron i pozyton. Masy spoczynkowe tych cząstek są sobie równe, zatem energia kwantu gamma zostaje zamieniona na utworzenie tych mas i oddanie im energii kinetycznej.

Wykonanie ćwiczenia.

1. Połączenie układu pomiarowego i zapoznanie się z układem.

2. Nastawienie odpowiedniej wartości wysokiego napięcia .

3. Wyznaczenie bieg własny bez preparatu:
   

4. Wyznaczenie ilości zliczeń z preparatem gamma promieniotwórczym bez absorbenta
   

5. Zmierzyć grubość absorbenta (x) i umieszczać kolejne płytki między licznikiem a preparatem.

6. Zmierzyć liczbę imp/s dla każdej grubości (x) absorbenta.

7. Wykonać dwa wykresy:

• Dla natężenia promieniowania od grubości warstwy absorbenta

• Dla logarytmu natężenia promieniowania od grubości warstwy absorbenta.

8. Obliczyć współczynnik pochłaniania absorbenta (μ) i wyznaczyć go posługując się wykresem w skali pół logarytmicznej.

Tabela pomiarów:

Lp.	Grubość absorbenta x [mm]	Ilość zliczeń N [imp.]	Czas t [s]	Ix = N/t [imp./s]	Ix - Itła [imp./s]	μ [1/mm]
0.	_	37374	180	208	198	_	_
	0,14	25250	180	140	130	3	1,52
	0,28	18705	180	104	94	7,14	2,1
	0,42	14714	180	82	72	6,05	2,75
	0,56	11846	180	66	56	5,64	3,54
	0,7	9887	180	55	45	5,40	4,4
	0,84	8442	180	47	37	5,27	5,35
	0,98	7256	180	40	30	5,26	6,6
	1,12	6394	180	36	26	5,22	7,61
	1,26	5665	180	32	22	5,24	9
	1,4	5079	180	28	18	5,26	11

Dokładności pomiarowe:

Obliczenia:

Błędy:

Błąd dla ilości zliczeń:

N	37374	25250	18705	14714	11846	9887	8442	7256	6394	5665	5079
	193,3	158,9	136,8	121,3	108,8	99,4	91,9	85,2	78,0	75,3	71,3

Błąd dla grubości płytki:

X	0,14	0,28	0,42	0,56	0,7	0,84	0,98	1,12	1,26	1,4
	0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,10

Błąd bezwzględny dla μ oblicza się według zależności :

gdzie
N_tło / t = 10 [imp./s]

x [mm]	0,0	0,14	0,28	0,42	0,56	0,7	0,84	0,98	1,12	1,26		1,4
ΔNx / Nx 10^-4	2,6	3,2	3,7	4,2	4,6	5,1	5,5	5,9	6,3	6,7		7,1

Wartości błędu bezwzględnego μ dla badanych grubości absorbentu :

x [mm]	0,14	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
Δμ [1/mm]	0,04	0,03	0,02	0,03	0,03	0,03	0,03	0,04	0,04	0,05

Błąd przy wyznaczeniu natężenia promieniowania obliczono metodą różniczki zupełnej przyjmując, że N_t /t = 10 [imp./s] :

I	208	140	104	82	66	55	47	40	36	32	28
	1,5	1,3	1,0	0,9	0,8	0,7	0,6	0,6	0,6	0,5	0,5

Błąd przy obliczaniu logarytmu natężenia obliczmy ze wzoru:

ln	1,52	2,1	2,75	3,54	4,4	5,53	6,6	7,61	9	11
Błąd	0,78	0,44	0,3	0,21	0,15	0,1	0,09	0,08	0,06	0,05

Wnioski:

Błędy pomiarów wynikają z niedokładności pomiaru czasu, ilości impulsów zliczanych w czasie pomiarów, która zależy od ilości rozpadów jąder pierwiastka, charakteru promieniowania i gubienia impulsów zliczanych przez licznik.

Współczynnik pochłaniania promieniowania  zmienia się wraz ze zmianą grubości płytki absorbenta. Im większa grubość płytki tym mniejszy współczynnik , co pokazuje charakterystyka zależności promieniowania od grubości warstwy absorbenta.

Z przeprowadzonego ćwiczenia wynika, że przenikalność promieniowania gamma μ, ilość impulsów oraz natężenie promieniowania jest zależne od grubości absorbenta zmniejszając się wraz ze wzrostem grubości absorbenta.

1

---