POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

Transkrypt

1 WSTĘP POCHŁAAE PROMEOWAA GAMMA aężenie romieniowania gamma ulega osłabieniu rzy rzechodzeniu rzez maerię. Pochłanianie romieniowania gamma w danej subsancji odlega (w rzybliżeniu) rawu wykładniczemu: µ d = e (1) 0 gdzie oszczególne symbole oznaczają: 0, - naężenie wiązki rzed i o absorcji, µ - wsółczynnik ochłaniania, d - grubość warswy ochłaniającej Pochłanianie kwanów gamma rzez ośrodki maerialne zachodzi na drodze rzech elemenarnych rocesów: Zjawiska fooelekrycznego; Zjawiska rozraszania Comona; Tworzenia się ar elekron-ozyon; Wsółczynnik µ można więc wyrazić jako: µ = τ + σ + κ (mi = au + sigma + kaa) W owyższym równaniu τ charakeryzuje absorcję kwanów gamma związaną ze zjawiskiem fooelekrycznym, a wsółczynniki σ oraz κ doyczą odowiednio zjawiska rozraszania Comona oraz worzenia się ar negaon - ozyon. Odsekowy udział rzech wymienionych rocesów w całkowiym osłabieniu naężenia romieniowania gamma zależy w ierwszym rzędzie od energii kwanów gamma, a również od charakeru absorbena. W niniejszym ćwiczeniu ograniczamy się jedynie do określenia całkowiego wsółczynnika ochłania µ. W zasosowaniu do absorcji romieniowania gamma jes isone ojęcie grubości ołówkowej d 0,5. Grubość ołówkową określa się jako grubość danego maeriału, kóra owoduje osłabienie naężenia romieniowania gamma do ołowy, czyli gdy = o /. Równanie (1) rzedsawić można w nasęującej osaci: ln 0 = µ d () co rowadzi do nasęującej zależności omiędzy wsółczynnikiem ochłaniania µ oraz grubością ołówkową warswy ochłaniającej: d. ln / µ 0 5 = (3) sr. 1

2 Poniżej zamieszczona abela 1 odaje warości wsółczynnika µ rzy absorcji rzez ołów monoenergeycznego romieniowania gamma w zakresie energii kwanów od 0.5 do MeV. W abeli są odane warości µ dla rocesu ochłaniania miękkich romieni gamma w aluminium. Tabela 1. Zależność wsółczynnika ochłaniania romieniowania gamma rzez ołów od energii adających kwanów Energia kwanów gamma [MeV] 0,50 0,75 1,00 1,5 1,50,00 Wsółczynnik µ dla ołowiu [ cm 1 ] 1,7 1,0 0,75 0,65 0,55 0,49 Tabela. Zależność wsółczynnika ochłaniania romieniowania gamma rzez glin od energii adających kwanów. Energia kwanów gamma [MeV] 0,05 0,05 0,10 0,5 Wsółczynnik µ dla glinu [ cm 1 ] 10,00 1,00 0,45 0,3 CEL ĆWCZEA 1. Wyznaczenie aramerów racy licznika scynylacyjnego i aaraury wsółracującej,. Oznaczenie wsółczynnika ochłaniania (rzez ołów i glin) romieni gamma emiowanych rzez izoo 60 Co. APARATURA Licznik scynylacyjny Źródło romieniowania gamma: 60 Co. Absorbeny: 5 łyek ołowianych o wymiarach 6x6 cm i o grubości 0, cm, czyli o masie owierzchniowej =,48 g cm, 5 łyek aluminiowych o grubości 0,055 cm (masa owierzchniowa = 0,15 g cm ). sr.

3 WYKOAE. Wykonanie charakerysyki naięciowej licznika scynylacyjnego Charakerysyki licznika scynylacyjnego można odzielić na charakerysykę anodową oraz charakerysyki dyskryminacji (całkową i różniczkową). Własności licznika w dużym soniu zależą od wyboru właściwego unku racy. Punk racy wybiera się na laeau lub rzy oymalnym sosunku kwadrau częsości zliczeń mierzonej róbki do częsości zliczeń ła licznika. Pomiar w warunkach odowiadających laeau w emeraurze okojowej jes zazwyczaj niemożliwy, zaem w ćwiczeniu należy zasosować drugą ze wsomnianych meod. Usawić okręłem HT conrol naięcie 900 V. Włączyć rzelicznik, o 10s zaisać wynik. Powórzyć omiar jeszcze 4 raz i zaisać wyniki. Posęując odobnie zwiększać naięcie co 0 V i mierzyć ilość imulsów rzy naięciach zasilających deekor, aż do 100 V. Jako wynik dla każdego naięcia rzyjąć warość średnią z ięciu omiarów. Są o omiary częsości zliczeń ła licznika -. asęnie należy umieścić reara 60 Co na dnie domku omiarowego. Usawić okręłem HT conrol naięcie 900 V. Posęować odobnie jak rzy omiarach częsości zliczeń ła licznika (zmiana naięcia co 0V, aż do 100V, omiary wykonać ięciokronie) - wyniki zaisać jako częsość zliczeń mierzonej róbki -. Wszyskie wyniki umieścić w abeli: aięcie [V] Tło [im/10s] Średnia ła [im/10s] Próbka [im/10s] Średnia róbki [im/10s] Sorządzić wykres szybkości liczenia,, oraz [im/10s] w zależności od rzyłożonego naięcia. Wybrać oymalne naięcie racy licznika scynylacyjnego w unkcie maksimum ilorazu.. Oznaczanie wsółczynnika ochłaniania romieniowania gamma. Usawić czasy omiarów na 10 sekund. Umieścić zamknięe źródło romieniowania gamma w osaci rearau 60 Co na dnie domku omiarowego i zmierzyć naężenie romieniowania gamma ( 0 ). asęnie omiędzy rearaem a głowicą licznika scynylacyjnego umieszczać kolejne filry z blachy ołowianej o grubości 0, cm (od jednego do ięciu filrów Pb) i każdorazowo mierzyć naężenie romieniowania. W celu zwiększenia dokładności należy omiary wykonywać ięciokronie. Tak samo osęuje się z filrami aluminiowymi. Orzymane wyniki zesawić w abeli: sr. 3

4 Rodzaj filru Grubość filru [cm] im/10 sek średnio im/10sek średnio bez ła im/10sek 0 ln 0 OPRACOWAE WYKÓW 1. ależy sorządzić wykres zależności logarymu nauralnego zmierzonych sosunków naężeń romieniowania od grubości ołowianych filrów w cm. Prosoliniowa forma ego wykresu wskazuje na jednorodność (mono-energeyczność) romieni gamma. Silniejszy sadek naężenia romieniowania obserwowany w ierwszej warswie ołowiu jes sowodowany ochłanianiem miękkiego romieniowania gamma, względnie również ochłanianiem ewenualnego romieniowania bea.. Warość całkowiego liniowego wsółczynnika ochłaniania romieni gamma µ (cm -1 ) dla danego maeriału absorbena oblicza się z uzyskanego wykresu meodą regesji liniowej zgodnie z równianiem () 3. Znając warości wsółczynnika µ należy z kolei obliczyć grubości ołówkowe d 0.5 dla badanych romieni gamma i badanych absorbenów osługując się odanym wzorem (4). Liczbowe warości d 0.5 wyrażone w g cm Pb należy również rzeliczyć na warość zw. masy owierzchniowej wyrażonej w c m rzyjmując gęsość Pb=11,34 g c m a odsawie warość wsółczynnika µ należy określić energię kwanów gamma dla zasosowanego źródła romieniowania. sr. 4

5 Dodaek 1 - Charakerysyka zasosowanego źródła 60 Co Jako zamknięe źródło romieniowania gamma sosujemy w ym ćwiczeniu reara izoou 60 Co. Schema rozadu romieniowórczego ego nuklidu rzedsawia się nasęująco: 60 Co T = 5,3 la 0,31 MeV 1,17 MeV 60 i 1,33 MeV Źródło 60 Co sanowi reara mealicznego kobalu służący do rzybliżonego skalowania rzyrządów dozymerycznych. Akywność romieniowórcza ego rearau jes niższa od jednego mikro-curie. Dodaek - Ois licznika USB- Licznik scynylacyjny jes układem złożonym ze scynylaora i fooowielacza. Jego działanie olega na rzewarzaniu energii cząsek lub kwanów romieniowania jądrowego rozraszanej w kryszale scynylaora na energię świelną. nnymi słowy - kwany romieniowania jonizującego wywołują w deekorze zw. scynylacje czyli błyski świała, sąd eż czasem używana nazwa: licznik błyskowy. Fooowielacz ołączony ze scynylaorem rzewarza z kolei błyski świelne na imulsy rądowe oraz wzmacnia je około milion kronie. Amliuda imulsów owsających w liczniku jes roorcjonalna do energii cząsek (kwanów) romieniowania jądrowego. mulsy są nasęnie wzmacniane we wzmacniaczu wsęnym urządzenia scynylacyjnego i rzesyłane rzewodem koncenrycznym do rzelicznika elekronowego. W licznikach scynylacyjnych nie wysęuje w zasadzie laeau (rzedział sałej szybkości liczenia w szerszych granicach naięcia) ak charakerysyczne dla liczników Geigera - Müllera. Można je uzyskać jedynie dla monoenergeycznych cząsek alfa lub kwanów gamma - dla konkrenych usaleń innych aramerów liczenia (soień wzmocnienia wsęnego, oziom dyskryminacji i.). Znalezienie laeau i wybór naięcia racy w jego obrębie jes korzysny dla dokładności liczenia, onieważ drobne wahania naięcia nie wływają na wynik. Urządzenie scynylacyjne USB- składa się z licznika scynylacyjnego (kryszał jodku sodowego akywowany alem a/tl na fooowielaczu firmy EM), ołowianej osłony licznika oraz wzmacniacza wsęnego - wszysko we wsólnej obudowie. a zewnąrz umieszczono: rzełączniki sonia wzmocnienia, gniazdo wysokiego naięcia dla fooowielacza, gniazdo zasilania wzmacniacza wsęnego oraz gniazdo wyjścia imulsów. Zasilanie wzmacniacza wsęnego wymaga niskich naięć sabilizowanych (żarzenie lam, naięcie anodowe), kórych dosarcza zasilacz niskiego naięcia yu USB-. Przyrząd en może zasilać równocześnie dwa urządzenia scynylacyjne. sr. 5

6 Fooowielacz licznika scynylacyjnego wymaga zasilania naięciami rzędu V. Dlaego w zesawie omiarowym znajduje się zasilacz wysokiego naięcia yu ZW-1 dosarczający sałych naięć sabilizowanych. a rzedniej łycie rzyrządu znajdują się: rzyciski zakresów naięć, okręło dokładnej regulacji naięcia (HT-conrol), gniazdo wyjściowe, lamka konrolna (HT) oraz zaciski mocujące. mulsy elekryczne rzychodzące z deekora scynylacyjnego są rzekazywane na wejście rzelicznika elekronowego PT-7 z wbudowanym elekronicznym zegarem serującym czasoserem (dlaego SCALER- TMER). mulsy są uaj wsęnie segregowane rzez dyskryminaor, rzeuszczający ylko e, kórych amliuda rzewyższa nasawiony róg dyskryminacji (THRES-HOLD). mulsy nadrogowe są nasęnie zliczane, a wynik wyświelany na wyświelaczu. a rzedniej ścianie rzyrządu umieszczono: 1. rzycisk włącznika sieciowego (POWER), czerwony,. rzyciski serujące: START, STOP, RESET (zerowanie), PRT (zaisanie, gdy rzyrząd racuje z drukarką), 3. rzyciski rodzaju oeracji (MODE), czarne: a. PRESET COUT - liczenie na zadaną ilość imulsów, wyświelany jes czas w sekundach, b. PRESET TME - liczenie na zadany czas, wyświelana jes ilość imulsów w zadanym czasie (sek.), c. FREQUECY - auomayczny omiar częsoliwości imulsów, d. MARKERS - rzelicznik może służyć jako generaor imulsów czasu (dla innych urządzeń auomaycznych), 4. rzyciski nasawcze czasu (SEC), lub żądanej ilości zliczeń (PULSES), 5. rzyciski kroności nasawień czasu lub imulsów, 6. 4 gniazda wejściowe dla sond o różnym zasilaniu, 7. rzyciski olaryzacji imulsu wejściowego ( + albo -), 8. okręło regulacji rogu dyskryminaora (THRESHOLD), 9. lamka konrolna racy rzelicznika. PRZYGOTOWAE APARATURY DO PRACY UWAGA!!! Włączenie aaraury owinno odbyć się w obecności rowadzącego. 1. Pokręło regulacji wysokiego naięcia w ZW-1 srowadzić do ołożenia zerowego.. Włączyć rzyrządy do sieci 0 V (wyczki sieciowe, rzełącznik w USB-Z oraz rzycisk POWER). 3. Wzmocnienie wsęne w urządzeniu scynylacyjnym USB- usawić wg insrukcji rowadzącego, 4. Przelicznik PT-7 wyregulować nasęująco: a. olaryzacja imulsów: +, b. rodzaj racy (MODE) - na czas - (PRESET TME), c. czas zliczeń: 10 sekund ( SEC), d. dyskryminaor naięcia rogu (THRESHOLD): wg insrukcji rowadzącego. sr. 6

7 Wzór abeli i schemau oracowania.. Wydział. Kierunek Sudia niesacjonarne r gruy: r zesołu:. mię i azwisko sudena.. r ćwiczenia:... Daa wykonywania ćwiczenia:. azwisko Prowadzącego: 1. Tema ćwiczenia:. Cel ćwiczenia: 3. Pomiary: 4. Obliczenia: 5. Wykresy: 6. Wnioski: sr. 7