Ćwiczenie nr 2. Pomiar energii promieniowania gamma metodą absorpcji

Transkrypt

1 Ćwiczenie nr (wersja_05) Pomiar energii gamma metodą absorpcji Student winien wykazać się znajomością następujących zagadnień:. Promieniowanie gamma i jego własności.. Absorpcja gamma. 3. Oddziaływanie gamma z materią. 4. Wyznaczanie energii gamma metodą absorpcji.

2 . Cel doświadczenia: Zmierzenie energii fotonów (kwantów) gamma emitowanych przez 60Co.. Technika pomiarów: a) Ćwiczący powinien zapoznać się z układem pomiarowym. Należy zwrócić uwagę na geometrię układu. Licznik powinien stać tak by osie symetrii otworu wylotowego w osłonie źródła i osłonie licznika leżały na jednej prostej przy czym odległość otworu obudowy źródła od okienka licznika powinna wynosić cm. b) W obecności prowadzącego ćwiczenia uruchomić elektroniczny układ pomiarowy schematycznie przedstawiony na rysunku nr i.

3 c) W obecności zatyczki ołowianej w wylocie osłony źródła zmierzyć tło licznika tzn. It z dokładnością nie gorszą niż 3%. d) Zdjąć krzywe absorpcji gamma tzn. I = I(R). Pamiętać o usunięciu zatyczki ołowianej. Pomiary przeprowadzić dla trzech rodzajów absorbentów - ołowiu miedzi i glinu. Czas trwania indywidualnego pomiaru powinien wynosić co najmniej minuty. Pamiętać o zmierzeniu natężenia gamma przy braku warstwy absorpcyjnej I(0). Grubość pojedynczych płytek absorpcyjnych została tak dobrana aby uzyskać odpowiednią liczbę punktów pomiarowych. Pomiary prowadzić do momentu uzyskania co najmniej czterokrotnego zmniejszenia natężenia. Tabela pomiarów dla danego absorbenta: Izotop... absorbent... Nr Grubość absorbenta X (cm) Grubość absorbenta R (g/cm ) N Liczba zliczeń z tłem t (min.) czas pojedynczego pomiaru I z tłem I t tła I a bez tła ln I a logarytm szybkości zliczeń bez tła 4. Opracowanie wyników: a) Sporządzić wykresy uzyskanych wyników w skali półlogarytmicznej. Na osi rzędnych odłożyć lni(r) na osi odciętych R [g/cm ]. Wskazane byłoby naniesienie wszystkich krzywych na jeden wykres w celu porównania właściwości absorpcyjnych poszczególnych materiałów. Na wykres należy nanieść niepewności pomiarowe (określić jakie i uzasadnić oraz przedyskutować przyczyny ich powstania). Należy szczególnie pamiętać o poprawce na tło. b) Odczytać z wykresów grubość warstwy pochłaniania połówkowego R/ dla każdego rodzaju absorbenta. c) Posługując się odpowiednimi wykresami z rysunku 3 (umieszczony na końcu tego opracowania) przedstawiającego zależność między grubością warstwy pochłaniania połówkowego R/ a energią E gamma określić energię gamma dla każdego absorbenta oddzielnie. Przedyskutować otrzymane wyniki. d) Znaleźć średnią wartość energii fotonów (kwantów) gamma (z trzech pomiarów E) i porównać ją z wartościami katalogowymi energii fotonów (kwantów) gamma emitowanych przez 60 Co. e) Uzyskane wyniki przedstawić w tabeli i przedyskutować ewentualne rozbieżności. Merytoryczna pomoc do opracowania wyników: Po przejściu wąskiej wiązki monochromatycznego gamma przez materię zachodzi charakterystyczne dla elektromagnetycznego osłabienie eksponencjalne (wykładnicze). Można ja opisać wzorami: µ X ( µ / ρ ) R I = I 0 e lub I = I0e

4 gdzie: μ całkowity liniowy współczynnik osłabienia określający jaka część natężenia uległa absorpcji lub rozproszeniu. Jeżeli X wyrażona jest w cm to jednostką μ jest [cm - ] ρ gęstość absorbenta [g/cm 3 ] X grubość warstwy absorbenta [cm] R masowa grubość warstwy absorbenta [g/cm ]. Osłabienie wiązki fotonów (kwantów) gamma możemy również scharakteryzować przy pomocy wielkości zwanej grubością połówkową tzn. grubością absorbenta potrzebną do zredukowania natężenia wiązki gamma do połowy jej początkowej wartości: ln I I 0 = µ X I gdy = I o Ponieważ: mamy wtedy: ln = µ R = ρ X X. R = ln 0693 µ = µ ρ ρ gdzie : X/ grubość połówkowa absorbenta R/ masowy zasięg połówkowy. Z literatury wiemy że ρ µ zmienia się powoli wraz ze zmianą liczby atomowej Z a więc i iloczyn R = ρ słabo zależy od rodzaju pierwiastka. Wynika stąd że im większa jest gęstość tym X mniejsza może być grubość danego materiału potrzebna do osłabienia natężenia wiązki fotonów gamma do żądanej wartości. Tabela wyników: Nr Absorbent R/ (g/cm ) Wartość energii E (MeV) Średnia energia Eśr z trzech pomiarów (MeV) Energia E katalogowa (MeV)

5 Rys. 3. Zależność grubości warstwy pochłaniania połówkowego od energii gamma.