BADANIE OSŁABIENIA PROMIENIOWANIA GAMMA PRZY PRZECHODZENIU PRZEZ MATERIĘ.

Promieniowanie gamma jest promieniowaniem elektromagnetycznym, o długości fali najczęściej poniżej 0,1 nm,. Jest ono emitowane przez wzbudzone jądra atomowe przy przejściach elektromagnetycznych lub podczas hamowania cząstek naładowanych. W wykonywanym przez nas ćwiczeniu źródłem promieniowania był cez 137.

Osłabienie wiązki promieniowania gamma przy przechodzeniu przez materię charakteryzuje prawo osłabienia mówiące, że gdy promieniowanie gamma przechodzi przez wiązkę materii, część fotonów (kwarków γ) zostaje wyeliminowana z wiązki poprzez zjawisko fotoelektryczne, zjawisko tworzenia się par elektron - pozyton lub też zjawisko Comptona.

Teraz krótko omówimy każde z tych zjawisk:

• Zjawisko fotoelektryczne - zjawisko to występuje w ciałach stałych pod wpływem ich oświetlania, jest to oddziaływanie z całym atomem, polegające na pochłonięciu kwantu γ przez atom, a energia tego kwantu zużyta jest na wybicie z atomu jednego z elektronów i nadaniu mu energii kinetycznej o wartości K = hν - W.

• Zjawisko tworzenia się par elektron - pozyton - polega na całkowitej zamianie energii kwantu γ na energie spoczynkowe i kinetyczne elektronu i pozytonu (antycząstki elektronu) zjawisko to może zachodzić tylko przy odpowiednio dużych energiach kwantów γ (minimalna energia określona jest wzorem hν_min = 2mc²(1+m/M) m-masa elektronu, M - masa trzeciej cząstki) i tylko w obecności trzeciej cząstki, ponieważ w próżni niemożliwe jest zachowanie pędu i energii pary elektron - pozyton. Trzecia cząstka obecna przy tworzeniu się pary elektron - pozyton uzyskuje energię i pęd odrzutu.

• Zjawisko Comptona - polega na rozproszeniu kwantu γ na elektronie swobodnym lub luźno związanym z atomem. W wyniku zderzenia fotonu γ z elektronem część energii fotonu przejmuje elektron, który zostaje wyrzucony z atomu, przy czym kąt odrzutu wynosi ϕ. Foton γ' o zmniejszonej energii porusza się na ogół w zmienionym kierunku . Zjawisko to przedstawia poniższy rysunek.

Gdy fotony przechodzą przez warstwę absorbentu o grubości x to liczba fotonów N po przejściu przez tą warstwę wyraża się wzorem N = N₀e^-μx, gdzie N₀ jest liczbą padających fotonów, a μ współczynnikiem osłabienia. Współczynnik ten jest sumą współczynników osłabienia w zjawisku fotoelektrycznym, zjawisku tworzenia się par elektron - pozyton i w zjawisku Comptona.

Przy wykonywaniu pomiarów korzystałyśmy z następujących przyrządów: źródło promieniowania - Cez 137, płytki ołowiane aluminiowe i miedziane, domek osłonny, licznik Geigera - Mullera, przelicznik elektroniczny. Przyrządy te były połączone jak na rysunku.:

Wyniki pomiarów przedstawia poniższa tabelka:

Grubość	Miedź	Ołów	Aluminium
7	1913	1478	2080
10	1823	1392	2032
12	1705	1313	2022
15	1610	1230	2002
17	1566	1150	1975
20	1510	1080	1930
30	1302	960	1825
35			1795

Zależność liczby zliczeń od grubości płytki przedstawiłyśmy na poniższym wykresie:

Liczba zliczeń jest zdecydowanie najmniejsza dla ołowiu. Oznacza to, że ołów absorbuje najwięcej kwarków promieniowania γ. Możemy też zauważyć, że wraz ze wzrostem grubości maleje liczba zliczeń dla płytek każdego rodzaju.

Rysunek pochodzi z Ilustrowanej encyklopedii dla wszystkich - Fizyka pod redakcją Andrzeja Januszajtisa i Jerzego Langera, WNT, Warszawa 1985

---