POLITECHNIKA
CZĘSTOCHOWSKA

KATEDRA FIZYKI

Ćwiczenie nr 6

Temat: Badanie absorpcji promieniowania γ w miedzi i

ołowiu.

Wykonali:

Osiecki Robert Jasztal Mariusz

II rok , gr. III

Wydz. Elektr.

  1. Wstęp teoretyczny.

Promienie γ mogą oddziaływać zarówno z elektronami jak i z jądrami a także z polem elektrycznym elektronu oraz z polami elektrycznymi jąder. Oddziaływanie to może prowadzić do całkowitej absorpcji lub też elastycznego i nieelastycznego rozpraszania promieniowania γ

W praktyce znaczenie mają trzy zjawiska:

  1. Zjawisko fotoelektryczne polegające na oddziaływaniu promieni z elektronami związanymi w atomie i prowadzące do całkowitej absorpcji kwantu promieniowania γ i oderwania elektronu od atomu.

  2. Rozpraszanie kwantów γ przez elektrony, przy czym największe znaczenie ma zjawisko Comptona, związane z rozpraszaniem nieelastycznym, w którym foton zarówno zmienia swój kierunek ruchu jak i energię, znacznie mniejsze znaczenie ma rozpraszanie elastyczne na elektronach związanych (rozpraszanie Rayleya) oraz rozpraszanie elastyczne na elektronach swobodnych.

  3. Zjawisko tworzenia pary elektronów, w którym foton ulega całkowitej absorpcji a pojawia się para negaton - pozyton.

Rozpraszanie Comptona kwantu γ o energii

na swobodnym elektronie

 =  + σ +  - współczynnik osłabienia

 - współczynnik wynikający ze zjawiska fotoelektrycznego

σ - współczynnik wynikający ze zjawiska rozpraszania

 - współczynnik wynikający ze zjawiska tworzenia się pary negaton - pozyton

Mechanizm powstawania impulsu w liczniku Geigera - Mullera polega na tym, że w jonizacji wtórnej przy dużym napięciu powstają fotony promieniowania ultrafioletowego, wywołujące dolną jonizację i wyładowanie rozwija się lawinowo wzdłuż drucika centralnego stanowiącego anodę. Powstający impuls jest całkowicie określony przez te zjawiska wtórne, a zatem ma wysokość niezależną od energii padającej cząsteczki.

Jeżeli licznik wypełniony jest gazem szlachetnym, to jon takiego gazu po dojściu do katody może wybić elektron wtórny, zapoczątkowujący nową lawinę i podtrzymujący wyładowanie. By ograniczyć czas trwania impulsu stosuje się dwie metody gaszenia wyładowania w liczniku.

  1. Gaszące układy elektroniczne powodujące przerwanie wyładowania przez obniżenie napięcia na liczniku.

  2. Liczniki samo gaszące uzyskuje się, jeżeli do gazu szlachetnego dodamy gaz wieloatomowy. A może to być alkohol lub eter, lecz liczniki te mają ograniczony czas życia ze względu na dysocjację tych par.

  1. Układ pomiarowy.

gdzie:

  1. Domek ołowiany wraz z licznikiem G-M. i źródłem promieniowania γ (60Co)

  2. Zasilacz wysokiego napięcia ZWN 21

  3. Przelicznik elektronowy PT - 44A

  4. Wzmacniacz liniowy

  5. Układ całkujący.

III. Tabele pomiarowe.

Pb

Cu

nr

pom.

Liczba

zliczeń

Z

ln Z

Grubość

p.łytki

absorbenta

x [mm] kxo

Średnia

grubość

xo [mm]

liczba

zliczeń

Z

ln Z

Grubość

płytki

absorbenta

x [mm] kxo

Średnia

grubość

xo [mm]

1

701

6,5525

-

-

903

6,8057

-

-

2

641

6,463

2,23

2,31

764

6,6385

1,38

1,4

3

614

6,4199

5,38

2,31

747

6,616

2,79

1,4

4

633

6,4504

7,52

2,31

780

6,6592

4,19

1,4

5

599

6,3952

9,72

2,31

767

6,6424

5,58

1,4

6

620

6,4297

11,85

2,31

744

6,612

6,99

1,4

7

506

6,2265

13,88

2,31

752

6,6227

8,4

1,4

8

752

6,6227

9,82

1,4

9

716

6,5736

11,23

1,4

  1. Obliczenia.

Całkowity liniowy współczynnik absorbcji

dla miedzi: dla ołowiu:

całkowity masowy współczynnik absorbcji

ρ = 8.92 [g/cm3 ] ρ = 11.34 [g/cm3 ]

energia kwantów γ z wykresu 1

współczynnik absorbcji w Pb (z wykresu 2) dla poszczególnych zjawisk

- fotoelektrycznego:

- Comptonowskiego:

- tworzenia par:

masowy współczynnik absorbcji w Cu dla poszczególnych zjawisk

Z - liczba porządkowa i A - liczba masowa pierwiastka o znanym masowym współczynniku absorbcji.

Z1-liczba porządkowa i A1-liczba masowa pierwiastka o nieznanym masowym współczynniku absorbcji

Dla miedzi Z1 = 29, A1 = 63.54, zaś dla ołowiu Z1 = 82, A1 = 297.21

  1. Uwagi i wnioski.

Przeprowadzone ćwiczenie pozwoliło nam na zbadanie absorbcji promieniowania γ w miedzi i ołowiu. Wyznaczona energia kwantów ma wartość 0.9 MeV, a odpowiadające jej masowe współczynniki obsorbcji dla poszczególnych zjawisk wyznaczone z wykresu oraz z obliczeń wyniosły kolejno:

- dla ołowiu:

- zj. fotoelektryczne:

- zj. Comptona:

- zj. tworzenia par:

- dla miedzi:

- zj. fotoelektryczne:

- zj. Comptona:

- zj. tworzenia par:

Oznacza to, że dla energii Eγ = 6 MeV absorbcję promieniowania γ powoduje głównie zjawisko Comptonowskie , oraz zjawisko tworzenia się par, w mniejszyn stopniu absorbcję powoduje zjawisko fotoelektryczne. Potwierdza to teorię, że zjawisko Comptona i fotoelektryczne występuje już przy małych energiach kwantów, natomiast zjawisko tworzenia par zachodzi dopiero przy energiach ≥ 1.02 MeV.

  1. Charakterystyki.