[ Pobierz całość w formacie PDF ]
4
1.
POCHŁANIANIE PROMIENIOWANIA GAMMA
WST
Ę
P
Nat
ęŜ
en
i
e promieniowania gamma ulega osłabieniu przy przechodzeniu przez
materi
ę
. Pochłanianie promieniowania gamma w danej substancji podlega
(w przybli
Ŝ
eniu) prawu wykładniczemu:
I I e
=
-
m
d
(1.1)
0
gdzie poszczególne symbole oznaczaj
ą
:
I
0
, I
- nat
ęŜ
enie wi
ą
zki przed i po absorpcji,
m
- współczynnik pochłaniania,
d
- grubo
ść
warstwy pochłaniaj
ą
cej
Pochłanianie kwantów gamma przez o
ś
rodki materialne zachodzi na drodze trzech
elementarnych procesów:
1. zjawiska fotoelektrycznego;
2. zjawiska rozpraszania Comptona;
3. tworzenia si
ę
par elektron-pozyton;
Współczynnik
m
mo
Ŝ
na wi
ę
c wyrazi
ć
jako:
m
=
t
+
s
+
k
(mi = tau + sigma + kappa)
charakteryzuje absorpcj
ę
kwantów gamma zwi
ą
zan
ą
ze
zjawiskiem fotoelektrycznym
, a współczynniki
t
dotycz
ą
odpowiednio
zjawiska rozpraszania Comptona
oraz
tworzenia si
ę
par negaton - pozyton
.
s
oraz
k
.
W zastosowaniu do absorpcji promieniowania gamma jest istotne poj
ę
cie
grubo
ś
ci
połówkowej
d
0,5
.
Grubo
ść
połówkow
ą
okre
ś
la si
ę
jako grubo
ść
danego materiału,
która powoduje osłabienie nat
ęŜ
enia promieniowania gamma do połowy, czyli gdy
I
=
I
o
/2.
m
Równanie (1.1) przedstawi
ć
mo
Ŝ
na w nast
ę
puj
ą
cej postaci:
W powy
Ŝ
szym równaniu
Odsetkowy udział trzech wymienionych procesów w całkowitym osłabieniu
nat
ęŜ
enia promieniowania gamma zale
Ŝ
y w pierwszym rz
ę
dzie od energii kwantów
gamma, a równie
Ŝ
od charakteru absorbenta. W niniejszym
ć
wiczeniu ograniczamy
si
ę
jedynie do okre
ś
lenia całkowitego współczynnika pochłania
5
ln
I
I
0
=
m d
(1.2)
co prowadzi do nast
ę
puj
ą
cej zale
Ŝ
no
ś
ci pomi
ę
dzy współczynnikiem pochłaniania m
oraz grubo
ś
ci
ą
połówkow
ą
warstwy pochłaniaj
ą
cej:
d
.
5
=
ln
2
/
m
(1.3)
przy absorpcji
przez ołów monoenergetycznego promieniowania gamma w zakresie energii
kwantów od 0.5 do 2 MeV. W tabeli 2 s
ą
podane warto
ś
ci
m
m
dla procesu
pochłaniania mi
ę
kkich promieni gamma w aluminium.
Tabela 1.1
Zale
Ŝ
no
ść
współczynnika pochłaniania promieniowania gamma przez ołów od energii
padaj
ą
cych kwantów
Energia kwantów gamma
[MeV]
dla ołowiu
[ ]
m
cm
-
1
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
2,00
1,7
1,0
0,75
0,65
0,55
0,49
Tabela 1.2
Zale
Ŝ
no
ść
współczynnika pochłaniania promieniowania gamma przez glin od energii
padaj
ą
cych kwantów.
Energia kwantów gamma
[MeV]
Współczynnik
m
dla glinu
[ ]
cm
-
1
0,025
0,05
0,10
0,25
10,00
1,00
0,45
0,3
CEL
Ć
WICZENIA
0
Poni
Ŝ
ej zamieszczona tabela 1 podaje warto
ś
ci współczynnika
Współczynnik
6
1. Wyznaczenie parametrów pracy licznika scyntylacyjnego i aparatury
współpracuj
ą
cej,
2. Oznaczenie współczynnika pochłaniania (przez ołów i glin) promieni gamma
emitowanych przez izotop
60
Co
.
APARATURA
Licznik scyntylacyjny
Ź
ródło promieniowania gamma:
60
Co
.
Absorbenty:
- 8 płytek ołowianych o wymiarach 6x6 cm i o grubo
ś
ci 0,22 cm, czyli o masie
powierzchniowej = 2,48
g
g
cm
2
).
WYKONANIE
I. Wykonanie charakterystyki napi
ę
ciowej licznika scyntylacyjnego
Charakterystyki licznika scyntylacyjnego mo
Ŝ
na podzieli
ć
na charakterystyk
ę
anodow
ą
oraz charakterystyki dyskryminacji (całkow
ą
i ró
Ŝ
niczkow
ą
). Własno
ś
ci
licznika w du
Ŝ
ym stopniu zale
Ŝą
od wyboru wła
ś
ciwego punktu pracy. Punkt
pracy wybiera si
ę
na „plateau” lub przy optymalnym stosunku kwadratu cz
ę
sto
ś
ci
zlicze
ń
mierzonej próbki do cz
ę
sto
ś
ci zlicze
ń
tła licznika
N
N
2
p
. Pomiar
t
w warunkach odpowiadaj
ą
cych „plateau” w temperaturze pokojowej jest
zazwyczaj niemo
Ŝ
liwy, zatem w
ć
wiczeniu nale
Ŝ
y zastosowa
ć
drug
ą
ze wspomnianych metod.
Ustawi
ć
pokr
ę
tłem
HT control
napi
ę
cie 300 V. Wł
ą
czy
ć
przelicznik, po 100s
zapisa
ć
wynik. Powtórzy
ć
pomiar jeszcze raz i zapisa
ć
wynik. Post
ę
puj
ą
c
podobnie zwi
ę
ksza
ć
napi
ę
cie co 50 V i mierzy
ć
ilo
ść
impulsów przy napi
ę
ciach
zasilaj
ą
cych detektor, a
Ŝ
do 1000 V. Jako wynik dla ka
Ŝ
dego napi
ę
cia przyj
ąć
warto
ść
ś
redni
ą
z dwóch pomiarów. S
ą
to pomiary cz
ę
sto
ś
ci zlicze
ń
tła licznika -
N
t
. Nast
ę
pnie nale
Ŝ
y umie
ś
ci
ć
preparat
60
Wszystkie wyniki umie
ś
ci
ć
w tabeli:
cm
2
,
- 8 płytek aluminiowych o grubo
ś
ci 0,055 cm (= 0,15
Co
na dnie domku pomiarowego.
Ustawi
ć
pokr
ę
tłem HT control napi
ę
cie 300 V. Post
ę
powa
ć
podobnie jak przy
pomiarach cz
ę
sto
ś
ci zlicze
ń
tła licznika (zmiana napi
ę
cia co 50V, a
Ŝ
do 1000V,
pomiary wykona
ć
dwukrotnie) - wyniki zapisa
ć
jako cz
ę
sto
ść
zlicze
ń
mierzonej
próbki -
N
p
.
7
Napi
ę
cie
[V]
Tło
[imp/100s]
Ś
rednia tła
N
t
[imp/100s]
Próbka
[imp/100s]
Ś
rednia
próbki
N
p
[imp/100s]
N
2
N
N
2
p
t
300
1.
2.
1.
2.
350
...
1000
Sporz
ą
dzi
ć
wykres szybko
ś
ci liczenia N
t
, N
p
, oraz
N
N
2
p
[imp/100s] w zale
Ŝ
no
ś
ci od
t
przyło
Ŝ
onego napi
ę
cia. Wybra
ć
optymalne napi
ę
cie pracy licznika scyntylacyjnego
N
N
2
w punkcie maksimum ilorazu
p
.
t
II. Oznaczanie współczynnika pochłaniania promieniowania gamma.
Ustawi
ć
czasy pomiarów na 100 sekund. Umie
ś
ci
ć
zamkni
ę
te
ź
ródło
promieniowania gamma w postaci preparatu
60
Co
na dnie domku pomiarowego
i zmierzy
ć
nat
ęŜ
enie promieniowania gamma (I
0
). Nast
ę
pnie pomi
ę
dzy
preparatem a głowic
ą
licznika scyntylacyjnego umieszcza
ć
kolejne filtry z
blachy ołowianej o grubo
ś
ci 0,22 cm (od jednego do o
ś
miu filtrów Pb) i
ka
Ŝ
dorazowo mierzy
ć
nat
ęŜ
enie promieniowania. W celu zwi
ę
kszenia
dokładno
ś
ci nale
Ŝ
y pomiary wykonywa
ć
dwukrotnie. Tak samo post
ę
puje si
ę
z
filtrami aluminiowymi.
Otrzymane wyniki zestawi
ć
w tabeli:
Rodzaj
filtru
Grubo
ść
filtru
[cm]
imp/100
sek.
ś
rednio
imp/100s
ek
ś
rednio
bez tła
imp/100
sek
I
I
log
I
I
0
2.303 ·
I
I
log
0
1.
2.
UWAGA: Tło nale
Ŝ
y zmierzy
ć
trzykrotnie!
OPRACOWANIE WYNIKÓW
0
8
1. Nale
Ŝ
y sporz
ą
dzi
ć
wykres zale
Ŝ
no
ś
ci dziesi
ę
tnego logarytmu zmierzonych
stosunków nat
ęŜ
e
ń
promieniowania ( · 2,303) od grubo
ś
ci ołowianych filtrów w
cm. Prostoliniowa forma tego wykresu wskazuje na jednorodno
ść
(mono-
energetyczno
ść
) promieni gamma. Silniejszy spadek nat
ęŜ
enia promieniowania
obserwowany w pierwszej warstwie ołowiu jest spowodowany pochłanianiem
„mi
ę
kkiego” promieniowania gamma, wzgl
ę
dnie równie
Ŝ
pochłanianiem
ewentualnego promieniowania beta.
(cm
-1
) dla danego materiału absorbenta oblicza si
ę
z uzyskanego wykresu
podstawiaj
ą
c dane do przekształconego (dla
m
m
) wzoru (3). Obliczy
ć
warto
ś
ci
m
dla stosowanego
ź
ródła promieniowania gamma.
nale
Ŝ
y z kolei obliczy
ć
grubo
ś
ci połówkowe
d
0.5
dla badanych promieni gamma i badanych absorbentów posługuj
ą
c si
ę
podanym wzorem (4). Liczbowe warto
ś
ci d
0.5
wyra
Ŝ
one w cm Pb nale
Ŝ
y
równie
Ŝ
przeliczy
ć
na warto
ść
tzw. masy powierzchniowej wyra
Ŝ
onej w
m
g
c m
2
c m
3
.
4. Znajduj
ą
c
ś
redni
ą
warto
ść
współczynnika
nale
Ŝ
y okre
ś
li
ć
energi
ę
kwantów
gamma dla zastosowanego
ź
ródła promieniowania.
m
Dodatek 1.1 - Charakterystyka zastosowanego
ź
ródła
60
Co
Jako zamkni
ę
te
ź
ródło promieniowania gamma stosujemy w tym
ć
wiczeniu
preparat izotopu
60
Co
. Schemat rozpadu promieniotwórczego tego nuklidu
przedstawia si
ę
nast
ę
puj
ą
co:
60
Co
T = 5,3 lat
0,31 MeV
1,17 MeV
1,33 MeV
60
Ni
2. Warto
ść
całkowitego liniowego współczynnika pochłaniania promieni gamma
3. Znaj
ą
c warto
ś
ci współczynnika
przyjmuj
ą
c g
ę
sto
ść
Pb=11,34
g
[ Pobierz całość w formacie PDF ]