Sprawozdanie z fizyki

Politechnika Śląska

Wydział Mechaniczny Technologiczny

Mechanika i Budowa Maszyn

Grupa 6

Temat ćw.: Wyznaczanie energii maksymalnej promieniowania b metodą absorpcyjną.

Sekcja 10

                                                                                                Paweł Śliwiak

Roman Zawisz

                                                                                           Krzysztof Szymiczek

I. Wprowadzenie :

Promieniowanie jądrowe może być wynikiem samorzutnego rozpadu niestabilnych jąder atomowych lub otrzymywane sztucznie podczas przyspieszenia cząstek naładowanych. Rozpad promieniotwórczy jest przemianą jądra w inne jądro o niższym stanie energetycznym , a przemianie towarzyszy emisja cząstek a , elektronów   (cząstek b ) lub fali elektromagnetycznej ( promienie g ) .    

W czasie dt nastąpi rozpad :

jąder. Całkowanie tego wyrażenia daje prawo rozpadu promieniotwórczego :

                                                                ,

gdzie: No - początkowa liczba jąder, N - liczba jąder, która pozostała po czasie t. Wielkość l - jest nazywana stalą rozpadu i określa prawdopodobieństwo rozpadu jądra w czasie l s. Szybkość rozpadu charakteryzuje czas połowicznego zaniku T, po którym liczba jąder preparatu zmniejszy się dwukrotnie:

,                                                                  

stąd:

Średni czas życia pojedynczego jądra jest równy odwrotności stałej rozpadu :

.

Wielkością charakteryzującą preparaty jest ich aktywność :

,

równa liczbie rozpadów w jednostce czasu. Jednostką aktywności źródeł promieniotwórczych jest l Kiur (Ci),odpowiadający liczbie 3,7 * 1010 rozpadów w 1s. Inna jednostka aktywności - l rutherford - odpowiada liczbie zliczeń l06 s-1.

Naturalne rozpady promieniotwórcze zachodzą z emisją jednego z trzech rodzajów promieniowania :

1) promieniowania a

2) promieniowania b :

a) rozpad negatonowy

b) rozpad pozytonowy

c) wychwyt elektronu

3) promieniowanie g

Większość występujących w naturze pierwiastków promieniotwórczych powiązana jest ze sobą w tzw. rodziny promieniotwórcze: torową, neptunową, uranową i aktynową. Warunkiem istnienia w przyrodzie izotopu jest to, aby jego czas życia był porównywalny z wiekiem Ziemi (ok.109 lat).

Energia emitowanych cząstek b osiąga wartości od zera do pewnej wartości mak­symalnej, a widmo energetyczne ma charakter ciągły. Zgodnie z zasadą zachowania energii, część energii powinna przejmować neutralna cząstka o niewielkiej masie. Ta­ką cząstką jest neutrino, a antycząstką - antyneutrino. Energia cząstek b może osiągać wartości od  10 keV do 10 MeV. Największą energię posiadają cząstki b w przypadku, gdy rozpad zachodzi bez udziału neutrino (bądź antyneutrino).

Dokładne pomiary energii cząstek b oparte są na pomiarze odchylenia ich toru w polach

magnetycznych w spektrometrach z polem płaskim lub z ogniskowaniem. Mniej dokładna metoda pomiaru energii cząstek polega na wyznaczeniu zasięgu. Stosując liczniki proporcjonalne osiąga się zdolność rozdzielczą  12%, dla liczników Geigera – Mullera osiąga się gorsze wyniki.

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie energii maksymalnej promieni b metodą absorpcyjną. Proces przejścia promieni przez absorbującą substancję jest złożony.

Elektrony mogą być usuwane z wiązki wskutek:

-          jonizacji,

-          zderzeń sprężystych z elektronami i jądrami,

-          zderzeń niesprężystych i związanego z nimi promieniowania hamowania.

II. Przebieg ćwiczenia:

1.              Włączamy przelicznik.

2.              Mierzymy tło licznika (pomiar liczby zliczeń w czasie 10 min przy nieobecności preparatu).

Preparat promieniotwórczy umieszczamy w domku ołowianym w odległości ok. l cm od okienka licznika.

3.              Preparat ujmujemy szczypcami i wstawiamy razem z podstawką w wycięcie pier­ścienia wstawionego uprzednio w szczelinę domku ołowianego. Preparat umiesz­czamy otworem do góry.

4.              Nastawiamy tryb pomiaru czasu zliczania [s] zadanej liczby impulsów, np. l O4.

5.              Pomiary wykonujemy najpierw bez absorbenta, a następnie z płytkami aluminio­wymi dokładanymi na stos na preparat.

  Zaleca się rozpoczęcie pomiarów od najcieńszych płytek. W miarę zwiększania się czasu można zmniejszyć zadaną liczbę impulsów (po uzgodnieniu z prowa­dzącym zajęcia).

III. Obliczenia:

1.            Tabelka pomiarowa:

Tło [ 10 min ] = 68                             N’=6,8 [1/min]                             ln(N’)=1,92

d=0,0289mm » 0,03mm – grubość jednej folii aluminiowej