WFiIS Imi i nazwisko: Rok: Zespóª: Nr wiczenia: Fizyka Dominik Przyborowski IV 5 22 J drowa Katarzyna Wolska Temat wiczenia: Wyznaczanie stosunku przekrojów czynnych na aktywacj neutronami termicznymi dla nuklidów 55 Mn i 127 I. Data Data Poprawa: Data Data Ocena: wykonania: oddania: oddania: zaliczenia 11.12.2007 17.01.2008 I. Cel wiczenia 1. Zapoznanie si z technik aktywacyjn. 2. Przeprowadzenie pomiaru aktywno±ci β nuklidów wzbudzonych przy u»yciu strumienia neutronów termicznych. II. Program wiczenia 1. Przygotowa próbki manganu i jodu do aktywacji. 2. Umie±ci próbki w pojemniku aktywacyjnym. 3. Przygotowa aparatur pomiarow, wskªad której wchodz : (a) licznik G - M, (b) wzmacniacz, (c) przelicznik, (d) zasilacz wysokiego napi cia. 4. po zako«czeniu aktywacji przeprowadzi pomiar aktywno±ci β próbek. Jako pierwszy przeprowadzi pomiar aktywno±ci 127 I. 5. Zmierzy tªo.
III. Opracowanie wiczenia Aktywacj nazywamy wytwarzanie sztucznych (nie wyst puj cych w przyrodzie) izotopów promieniotwórczych, w wyniku ró»nych reakcji j drowych. Je±li w strumie«neutronów wstawimy odpowiedni aktywuj cy si materiaª tarczowy, to dzi ki zachodz cym w tym materiale reakcjom j drowym staje si on promieniotwórczy. Aktywno± promieniotwórcza wytworzonego w ten sposób izotopu zale»y gªównie od przekroju czynnego na dan reakcj i od g sto±ci strumienia neutronów padaj cych na dan tarcz. Stosuj c identyczne aktywuj ce si tarcze, przy takim samym czasie aktywacji, mo»na bada przestrzenny rozkªad g sto±ci strumienia neutronów wokóª ich ¹ródeª lub we wn trzu reaktora j drowego. Stosowane w tej metodzie materiaªy tarczowe musz speªnia okre±lone warunki dotycz ce gªównie przekrojów czynnych na aktywacj oraz rodzaju promieniowania i czasów poªowicznych rozpadów tworz cych si izotopów promieniotwórczych. Materiaªami tarczowymi najcz ±ciej wykorzystywanymi w tej metodzie s srebro i ind. Mog to by równie» na przykªad kobalt lub mangan. Schematy rozpadów nuklidów: 128 I 128 β Xe, T 1/2 = 25[min] 56 Mn 56 β F e, T 1/2 = 2.58[h]
IV. Opracowanie wyników IV.1 Ustawienie punktu pracy licznika G - M Przed rozpocz ciem pomiarów nale»y ustawi odpowiednie napi cie pracy licznika Geigera - Müllera. Jako ¹ródªa referencyjnego u»yli±my ¹ródªa promieniowania γ - 137 Cs. Zauwa»amy, L.p. U zas [ J ] [ J ] [V] 1 1330 18 10 2 1340 162 31 3 1350 618 61 4 1360 882 73 5 1370 1224 86 6 1380 1656 100 7 1390 2688 127 8 1400 3102 136 9 1410 3330 141 11 1420 3420 143 12 1430 3756 150 13 1440 3834 152 14 1450 3960 154 15 1460 4446 163 16 1470 5172 176 17 1480 5124 175 18 1490 5652 184 19 1500 6312 195 Tabela IV.1. Charakterystyka licznika G - M. i» napi cie progowe licznika plasuj si w okolicy 1390 [V], za± plateau ko«czy si w okolicy 1450 [V]. Jako napi cie pracy detektora wybieramy napi cie 1410 [V] ( 1 / 3 plateau). Charakterystyk licznika przedstawia rysunek IV.1. IV.2 Pomiar tªa Nast pnym punktem wiczenia jest pomiar tªa. redni poziom tªa wyniósª 125 [ imp / min ]. IV.3 Pomiar aktywno±ci 127 I Pierwsz próbk, której aktywno± zostaªa zmierzona byªa, z racji krótszego czasu poªowicznego rozpadu, próbka 127 I. Czas pojedynczego pomiaru wynosiª 50 [s], masa próbki 4.2 [g] jodku potasu (zawarto± czystego jodu wynosi 3.21[g]), natomiast czas aktywacji t A wynosiª 60 [min]. Tabela IV.2 przedstawia uzyskane wyniki. Do powy»szych wyników dopasowujemy krzyw empiryczn postaci: N I (t) = A I e B I t
Rysunek IV.1. Charakterystyka licznika GM. gdzie: A I = 988, 6 ± 14.5[jder] ] B I = 4.12 10 4 ± 0.15 10 4 [ 1 s Przy czym parametr B I jest to»samy ze staª ropadu λ. Zale»no± spadku aktywno±ci w funkcji czasu dl anuklidu 127 I przedstawia rysunek IV.2. IV.4 Pomiar aktywno±ci 55 Mn Masa aktywowanej próbki zawieraj cej 55 Mn, w postaci tlenku manganu wynosi 0.85 [g] (zawarto± czystego manganu wynosi 0.65[g]). Czas pojedynczego pomiaru wynosiª 100[s]. Wyniki pomiarów zawiera poni»sza tabela: Tabela IV.2 przedstawia uzyskane wyniki. Do powy»szych wyników dopasowujemy krzyw empiryczn postaci: gdzie: N Mn (t) = A Mn e B Mn t A Mn = 700, 0 ± 414, 2[jder] B Mn = 7.15 10 4 ± 2.38 10 4 [ 1 s ] 4
Tabela IV.2. Wyniki pomiarów aktywno±ci próbki zawieraj cej 127 I L.p. t [ J ] [ J ] L.p. t [ J ] [ J ] [s] [s] 1 100,0 669,2 23,6 20 1 150,0 515,8 18,9 2 150,0 640,8 23,1 21 1 200,0 534,2 18,7 3 200,0 637,5 23,0 22 1 250,0 475,0 18,9 4 250,0 673,3 23,7 23 1 300,0 444,2 19,3 5 300,0 660,0 23,5 24 1 350,0 424,2 18,2 6 350,0 652,5 23,3 25 1 400,0 451,7 17,6 7 400,0 608,3 22,5 26 1 450,0 470,8 17,2 8 450,0 680,8 23,8 27 1 500,0 413,3 17,7 9 500,0 684,2 23,9 28 1 550,0 385,0 18,1 10 550,0 634,2 23,0 29 1 600,0 410,0 16,9 11 600,0 607,5 22,5 30 1 650,0 389,2 16,4 12 650,0 616,7 22,7 31 1 700,0 400,0 16,9 13 700,0 654,2 23,3 32 1 750,0 358,3 16,4 14 750,0 635,0 23,0 33 1 800,0 378,3 16,7 15 800,0 594,2 22,3 34 1 850,0 369,2 15,8 16 850,0 551,7 21,4 35 1 900,0 348,3 16,2 17 900,0 544,2 21,3 36 1 950,0 380,8 16,0 18 950,0 542,5 21,3 37 2 000,0 345,0 15,6 19 1 000,0 491,7 20,2 38 2 050,0 332,5 16,3 Tabela IV.2. Wyniki pomiarów aktywno±ci próbki zawieraj cej 55 Mn L.p. t [ J ] [ J ] L.p. t [ J ] [ J ] [s] [s] 1 200 4 548,3 87,1 18 1900 4 251,7 84,6 2 300 4 495,0 86,6 19 2000 4 348,3 84,2 3 400 4 606,7 87,6 20 2100 4 286,7 85,1 4 500 4 335,0 85,0 21 2200 4 188,3 84,5 5 600 4 376,7 85,4 22 2300 4 250,0 83,5 6 700 4 378,3 85,4 23 2400 4 061,7 84,2 7 800 4 590,0 87,5 24 2500 4 055,0 82,3 8 900 4 495,0 86,6 25 2600 4 091,7 82,2 9 1000 4 553,3 87,1 26 2700 4 305,0 82,6 10 1100 4 535,0 86,9 27 2800 4 040,0 84,7 11 1200 4 325,0 84,9 28 2900 4 156,7 82,1 12 1300 4 345,0 85,1 29 3000 4 030,0 83,2 13 1400 4 283,3 84,5 30 3100 4 071,7 82,0 14 1500 4 273,3 84,4 31 3200 4 028,3 82,4 15 1600 4 381,7 85,5 32 3300 3 925,0 81,9 16 1700 4 250,0 84,2 33 3400 3 843,3 80,9 17 1800 4 298,3 84,6 5
Rysunek IV.2. Aktywno± 127 I w funkcji czasu. Przy czym parametr B Mn jest to»samy ze staª ropadu λ. Zale»no± spadku aktywno±ci w funkcji czasu dl anuklidu 55 Mn przedstawia rysunek IV.3. IV.5 Obliczenie stosunku przekrojów czynnych Zestawienie najwa»niejszych parametrów przedstawia tabela IV.3: Stosunek przekrojów Tabela IV.3. Zestawienie parametrów opisuj cych eksperyment. 127 I 55 Mn cz sto± zlicze«j [imp/min] 207,5 3718,3 staªa rozpadu λ [1/s] 4.12 10 4 ± 0.15 10 4 7.15 10 4 ± 2.38 10 4 liczba j der 0.155 10 23 0.071 10 23 czas aktywacji [s] 3600 5880 czas studzenia [s] 2050 3520 czynnych na aktywacje dla nuklidów 127 I i 55 Mn wynosi: 6
Rysunek IV.3. Aktywno± 55 Mn w funkcji czasu. σ Mn σ I = a Mn a I N Mn N I 1 e λmn ta e λmn ts 1 e λ I t a e λ I t s Stosunek ten wynosi: σ Mn σ I = 1.68 ± 0.92 Stosunek tablicowy wynosi 2.45, zatem otrzymany wynik zgadza si w granicach niepewno±ci z wynikiem oczekiwanym. Na niepewno± pomiaru wpªywa gªównie niepewno± wyznaczenia staªej rozpadu. 7
V. Wnioski Do±wiadczenie ukazuje sposób wyznaczenia przekrójów czynnych. W badanym procesie, stosunek przekrójów czynnych na aktywacj, dlas nuklidów 127 I i 55 Mn wynió±ª: σ Mn σ I = 1.68 ± 0.92