Měření absorbce záření gama

Transkript

1 Měření absorbce záření gama Úkol : 1. Změřte záření gama přirozeného pozadí. 2. Změřte záření gama vyzářené gamazářičem. 3. Změřte záření gama vyzářené gamazářičem přes absorbátor. 4. Naměřené závislosti intenzity záření na tloušťce absorbátu zpracujte graficky. 5. Stanovte dolet částic gama. 6. Stanovte polotloušťku absorbátoru pro použité záření. Pomůcky : - Gama zářič cesium, - olověné destičky, - přenosný měřič vzorků spectrometr, - posuvné měřítko. 1 / 9

2 Teorie : Při práci s radioaktivními látkami, nebo s jakýmikoli zdroji ionizujícího záření, stejně jako při provozu velkých nukleárních zařízení, je nejdůležitějším úkolem zajistit účinnou ochranu před zářením jak u vlastních pracovníků, tak i osob žijících v blízkosti takových objektů. Ochrana zářením spočívá v na dvou zásadách. Prvá spočívá v poklesu hustoty toku částic se vzdáleností v důsledku jejich rozptylu. Tento způsob je prakticky použitelný u méně rozměrných zdrojů záření, kde je dostatečný prostor pro změnu vzdálenosti. Druhá metoda spočívá v použití stínících prvků, zvláště pak proti záření typu γ, což je předmětem tohoto měření. Záření γ je elektromagnetické vlnění s velmi malou vlnovou délkou, je vysíláno, zpravidla jako doprovodné záření při α a β rozpadu a převádí vzniklé jádro do základního energiového stavu. Záření γ má vždy čárové spektrum 2 / 9

3 Při průchodu záření látkou uvažujeme několik scénářů reakce záření γ s atomy látky dle jeho energie : Při velmi nízkých energiích řádově do několika desítek kev dochází ke koherentnímu rozptylu. Je to difúzní rozptyl na atomech látky beze změny vlnové délky - při nízkých energiích pak převažuje fotoelektrický jev, který dává vzniku tzv. Rentgenovu záření. - při středních energiích dochází k tzv. Comptonovu jevu - při energiích vyšších než 1MeV dochází k tvorbě elektron-pozitronových párů - při velmi vysokých energiích mohou nastat foto-jaderné reakce, při nichž je zpravidla emitován neutron Necháme-li dopadat svazek částic na povrch látky bude se tento počet částic zmenšovat v důsledku rozptylu, nebo změny směru a to v přímé úměře s tloušťkou této vrstvy materiálu. Pro úzký svazek platí základní absorpční zákon. Kvantitativně je svazek částic popsán jako 3 / 9

4 proud částic. Proud částic je roven počtu částic procházejících průřezem svazku za jednotku času. Projde-li tedy průřezem N-částic za dobu t, je jejich proud dle definice roven : Prochází-li svazek částic neabsorbujícím prostředím, je v něm proud konstantní. Budeme předpokládat, že proud částic je roven hodnotě I 0. Je to současně hodnota proudu částic, v nulové tloušťce absorbátoru. V absorbující vrstvě se proud částic postupně snižuje a po průchodu vrstvou tloušťky x bude jeho hodnota I, platí absorpční zákon, jehož integrální tvar je : Pozorujeme-li absorpci záření γ v širokém svazku, dostávají se do detektoru i mnohé Comptonovy paprsky a zvyšují tak proud částic. Absorpční zákon je potřeba upravit na tvar : kde se konstanta B nazývá vzrůstový faktor a udává kolikrát je vzrůstový efekt u širokého svazku vyšší, než u úzkého. Při vlastním měření použijeme jako absorbátor destičky olova, které skládáme na sebe a 4 / 9

5 měříme proud částic přes absorbátor. Získáme tak dvojice hodnot x a I, které musí splňovat absorbční zákon, sloužící za východisko pro výpočet hodnoty μ. Řešení provedeme graficky. Dostáváme rovnici přímky y = - μx +y 0, kde neznámá hodnota μ je její směrnicí. Popis postupu měření : 1) Změřili jsme si 10x četnost impulsů pozadí (bez γ zářiče). 2) Přiložili jsme γ zářič 137Cs a změřili 10x počet impulsů bez olověného absorbátoru. 3) Postupně jsme přidávali olověné destičky, měřili jejich šířku a 10x počet impulsů. 4) Měření jsme provedli pro 10 hodnot tloušťky absorbátoru. Tabulka : Počet částic 5 / 9

6 Pozadí I0 l1 l2 l3 l4 l5 l6 l7 l8 l9 6 / 9

7 l10 Tloušťka materiálu [mm] 0 1,5 3,1 4,5 6,1 7,6 9,2 10,9 7 / 9

8 12,5 14,0 15,6 Číslo měření [částice] Graf : Grafická závislost absorbce na tloušťce absorbátoru 8 / 9

9 Teoretický (Atomová a rozbor jaderná převzatý fyzika). z PF knihy JU ŠPATENKA, České Budějovice, P., KALČÍK, J.: Fyzikální praktikum IV 9 / 9