Laboratorium fizyki CMF PŁ

Dzień: środa godzina: 8.15 grupa: 8

Wydział: EEIiA

Semestr: 2 rok akademicki: 2006/2007

ocena _____

Ćwiczenie W5

1. Opis ćwiczenia

Celem ćwiczenia było wyznaczenie współczynników pochłaniania elektronów w różnych materiałach. Aby tego dokonać, należało zbadać ilość elektronów przechodzących przez próbkę, w zależności od jej grubości, a następnie obliczyć masowy współczynnik pochłaniania.

Do wykonania pomiarów posłużyła odpowiednia aparatura, a mianowicie:

• źródło promieniotwórcze, zawierające radioaktywny izotop strontu ⁹⁰Sr o aktywności 74 kBq;

• licznik Geigera-Műllera, służący do zliczania ilości elektronów; wyposażony w nastawę czasową umożliwiającą zliczanie impulsów w zadanym czasie, połączony ekranowanym kablem z rurką pomiarową.

2. Przebieg ćwiczenia

Pomiary zostały przeprowadzone w kilku etapach:

• Zmierzenie poziomu promieniowania tła n_t, wykonano 10 pomiarów w ciągu 1 minuty każdy

• Zmierzenie poziomu promieniowania tła po zainstalowaniu źródła promieniowania β (odległość wspomnianego źródła od końca rurki licznika wynosiła ok. 2,5 cm), przeprowadzenie pomiaru n₀ bez absorbentu, w czasie 60 sekund

• Wykonanie pomiaru ilości zliczeń w ciągu 60 sekund dla próbek materiałów, umieszczanych kolejno między źródłem promieniowania a rurką licznika Geigera-Műllera, pomiary przeprowadzano dla różnych grubości badanych absorbentów, w czasie 60 sekund każdy

3. Wyniki pomiarów

Poziom promieniowania tła n_t

Nr pomiaru	Liczba zliczeń- nT	Czas pomiaru (min)- tT	Liczba zliczeń w ciągu minuty- NT
1	13	1	13
2	18	1	18
3	23	1	23
4	15	1	15
5	13	1	13
6	16	1	16
7	13	1	13
8	10	1	10
9	14	1	14
10	12	1	12

Średnia wartość N_t= 14,7

Poziom promieniowania tła n₀ po zainstalowaniu źródła promieniowania β (bez absorbentu)

Liczba zliczeń- n0	Czas pomiaru (min)- t0
2449	1

Wyniki pomiarów dla szkła

	Absorbent	Szkło organiczne
		Jednostka	1	2	3	4	5
x grubość	mm	1	2	3	4	5
n	Liczba zliczeń	1450	837	448	254	116
t	min	1	1	1	1	1
N	Liczba zliczeń/min	1450	837	448	254	116
N-NT	Liczba zliczeń/min	1435,3	822,3	433,3	239,3	101,3
ln (N-NT)	-	7,2691	6,7121	6,0714	5,4772	4,6180

Wyniki pomiarów dla aluminium

	Absorbent	Aluminium
		Jednostka	1	2	3	4	5	6
x grubość	mm	0,5	1	1,5	2	2,5	3
n	Liczba zliczeń	1138	594	283	108	56	36
t	min	1	1	1	1	1	1
N	Liczba zliczeń/min	1138	594	283	108	56	36
N-NT	Liczba zliczeń/min	1123,3	579,3	268,3	93,3	42,3	22,3
ln (N-NT)	-	7,0240	6,3618	5,5921	4,5358	3,7447	3,1045

Wyniki pomiarów dla bakelitu (ebonitu)

	Absorbent	Bakelit (ebonit)
		Jednostka	1	2	3	4	5
x grubość	mm	1	2	3	4	5
n	Liczba zliczeń	1303	592	254	85	33
t	min	1	1	1	1	1
N	Liczba zliczeń/min	1303	592	254	85	33
N-NT	Liczba zliczeń/min	1288,3	577,3	239,3	70,3	18,3
ln (N-NT)	-	7,1610	6,3583	5,4777	4,2527	2,9069

Wyniki pomiarów dla żelaza

	Absorbent	Żelazo
		Jednostka	1	2	3	4	5
x grubość	mm	1	2	3	4	5
n	Liczba zliczeń	24	14	17	22	16
t	min	1	1	1	1	1
N	Liczba zliczeń/min	24	14	17	22	16
N-NT	Liczba zliczeń/min	9,3	-0,7	2,3	7,3	1,3
ln (N-NT)	-	2,2300	-	0,8329	1,9878	0,2623

Wyniki pomiarów dla papieru

	Absorbent	Papier
		Jednostka	1	2	3	4	5
x grubość	mm	1	2	3	4	5
n	Liczba zliczeń	1899	1484	1072	798	618
t	min	1	1	1	1	1
N	Liczba zliczeń/min	1899	1484	1072	798	618
N-NT	Liczba zliczeń/min	1884,3	1469,3	1057,3	783,3	603,3
ln (N-NT)	-	7,5413	7,2925	6,9634	6,6635	6,4024

Wyniki pomiarów dla ołowiu

	Absorbent	Ołów
		Jednostka	1	2	3	4	5
x grubość	mm	1	2	3	4	5
n	Liczba zliczeń	17	13	15	13	19
t	min	1	1	1	1	1
N	Liczba zliczeń/min	17	13	15	13	19
N-NT	Liczba zliczeń/min	2,3	-1,7	0,3	-1,7	4,3
ln (N-NT)	-	0,8329	-	-1,2039	-	1,4586

4. Wykresy

SZKŁO

ALUMINIUM

BAKELIT

ŻELAZO

PAPIER

OŁÓW

5. Obliczenia:

μ - współczynnik absorpcji

μ* - masowy współczynnik absorpcji

ρ - gęstość substancji

Współczynnik absorpcji µ oraz jego błąd dla żelaza

a₃ = - 0,42 [mm^-1] ∆a₃ = 0,24 [mm^-1]

µ = (0,42 ± 0,24) mm^-1

ρ _{żelaza =} 1,18 [g/cm³ ]= 0,00118 [g/mm³]

μ* _żelaza = µ _żelaza / ρ_żelaza = (356 ± 0,9) mm²/g

Współczynnik absorpcji µ oraz jego błąd dla bakelitu

a₁ = - 1,06 [mm^-1] ∆ a₁ = 0,07 [mm^-1]

µ_Bakelit = (1,06 ± 0,07) mm^-1

ρ_Bakelit = 1,39 [g/cm³ ]= 0,00139 [g/mm³]

μ*_Bakelit = µ_Bakelitu/ρ_Bakelitu = ( 763± 1) mm²/g

Współczynnik absorpcji µ oraz jego błąd dla aluminium

a₂ = - 1,63 [mm^-1] ∆ a₂ = 0,06 [mm^-1]

µ_Aluminium = (1,63 ± 0,06) mm^-1

ρ_Aluminium= 2,70 [g/cm³ ]= 0,0027 [g/mm³]

μ*_Aluminium = µ_Aluminium / ρ_Aluminium = (604 ± 1) mm²/g

Współczynnik absorpcji µ oraz jego błąd dla szkła

a₂ = - 0,65 [mm^-1] ∆ a₂ = 0,31 [mm^-1]

µ_Szkło = (0,65 ± 0,31) mm^-1

ρ_Szkło= 2,37 [g/cm³ ]= 0,00237 [g/mm³]

μ*_Szkło = µ_Szkło / ρ_Szkło = (274 ± 1) mm²/g

Współczynnik absorpcji µ oraz jego błąd dla papieru

a₂ = - 0,29 [mm^-1] ∆ a₂ = 0,01 [mm^-1]

µ_Papier = (0,29 ± 0,01) mm^-1

ρ_Papier= 0,852 [g/cm³ ]= 0,000852 [g/mm³]

μ*_Papier = µ_Papier / ρ_Papier = (340 ± 1) mm²/g

Współczynnik absorpcji µ oraz jego błąd dla ołowiu

a₂ = 0,16 [mm^-1] ∆ a₂ = 0,68 [mm^-1]

µ_Ołów = (0,16 ± 0,68) mm^-1

ρ_Ołów= 11,3 [g/cm³ ]= 0,0113 [g/mm³]

μ*_Ołów = µ_Ołów / ρ_Ołów = (14 ± 0,2) mm²/g

Wykres zależności współczynnika absorpcji od gęstości badanych próbek μ(σ).

6. Wnioski:

Na podstawie przeprowadzonych pomiarów wyciągnęliśmy następujące wnioski:

Grubość próbki materiału wpływa na ilość przechodzących przez nią elektronów; a mianowicie- im grubsza próbka badanej substancji, tym mniejsza ilość przenikających elektronów. Wynika z tego, że grubość materiału w znacznym stopniu wpływa na absorpcję elektronów. Największa ilość elektronów przepływa przez papier, najmniejsza natomiast- przez ołów.

Maksymalne wypełnienie przestrzeni zawartej pomiędzy źródłem promieniowania a odbiornikiem (licznikiem Geigera-Műllera) spowoduje obniżenie poziomu promieniowania, co jest równoznaczne ze zmniejszeniem ilości przenikających przez materiał elektronów.

Precyzja uzyskanych wyników jest zachwiana przez brak idealnych warunków do przeprowadzenia ćwiczenia, a także przez niedoskonałość badanych próbek substancji.

Ponadto niektóre błędy mogą wynikać z nieścisłości pomiarowych.

- 10 -

Kod ćwiczenia	Tytuł ćwiczenia
W5	Absorpcja elektronów w różnych materiałach

Ewa Trzeciak

nr indeksu 137347

Marcin Witkowski

nr indeksu 137360

Piotr Kłys

nr indeksu 137262

---