Úloha 5: Spektrometrie záření α

Podobné dokumenty
Úloha 4: Totální účinný průřez interakce γ záření absorpční koeficient záření gama pro některé elementy

Úloha 8: Absorpce beta záření. Určení energie betarozpadu měřením absorpce emitovaného záření.

PRAKTIKUM IV Jaderná a subjaderná fyzika

Úloha 21: Studium rentgenových spekter

PRAKTIKUM IV Jaderná a subjaderná fyzika

1. Zadání Pracovní úkol Pomůcky

Úloha 3: Mřížkový spektrometr

1. Proveďte energetickou kalibraci gama-spektrometru pomocí alfa-zářiče 241 Am.

Měření absorbce záření gama

Chyby měření 210DPSM

Náhodné (statistické) chyby přímých měření

Relativní chybu veličiny τ lze určit pomocí relativní chyby τ 1. Zanedbáme-li chybu jmenovatele ve vzorci (2), platí *1+:

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Úlohač.III. Název: Mřížkový spektrometr

Systém vykonávající tlumené kmity lze popsat obyčejnou lineární diferenciální rovnice 2. řadu s nulovou pravou stranou:

Úloha 5: Charakteristiky optoelektronických součástek

Gama spektroskopie. Vojtěch Motyčka Centrum výzkumu Řež s.r.o.

Náhodné chyby přímých měření

Praktikum III - Optika

1. Zadání Pracovní úkol Pomůcky

Úloha 15: Studium polovodičového GaAs/GaAlAs laseru

Praktikum III - Optika

Graf I - Závislost magnetické indukce na proudu protékajícím magnetem. naměřené hodnoty kvadratické proložení. B [m T ] I[A]

Mˇ eˇren ı ˇ cetnost ı (Poissonovo rozdˇ elen ı) 1 / 56

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Pavel Ševeček stud. skup.: F/F1X/11 dne:

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Úvod do teorie měření. Eva Hejnová

7. Rozdělení pravděpodobnosti ve statistice

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Úlohač.XI. Název: Měření stočení polarizační roviny

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Jan Polášek stud. skup. 11 dne

Teorie náhodných matic aneb tak trochu jiná statistika

1. Ze zadané hustoty krystalu fluoridu lithného určete vzdálenost d hlavních atomových rovin.

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecně fyziky MFF UK. úlohač.11 Název: Dynamická zkouška deformace látek v tlaku

10. cvičení z PST. 5. prosince T = (n 1) S2 X. (n 1) s2 x σ 2 q χ 2 (n 1) (1 α 2 ). q χ 2 (n 1) 2. 2 x. (n 1) s. x = 1 6. x i = 457.

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úlohač.5 Název: Měření osciloskopem. Pracoval: Lukáš Ledvina

2 (3) kde S je plocha zdroje. Protože jas zdroje není závislý na směru, lze vztah (5) přepsat do tvaru:

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Praktikum III - Optika

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. 10 Název: Rychlost šíření zvuku. Pracoval: Jakub Michálek

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Praktikum IV

2. Pomocí Hg výbojky okalibrujte stupnici monochromátoru SPM 2.

Úvod do teorie měření. Eva Hejnová

8 Střední hodnota a rozptyl

Test z teorie VÝBĚROVÉ CHARAKTERISTIKY A INTERVALOVÉ ODHADY

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Normální (Gaussovo) rozdělení

2 Nd:YAG laser buzený laserovou diodou

I Mechanika a molekulová fyzika

Praktická statistika. Petr Ponížil Eva Kutálková

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. XXII. Název: Diferenční skenovací kalorimetrie

Buffonova jehla. Jiří Zelenka. Gymnázium Zikmunda Wintra Rakovník

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Spektrometrie záření gama

EXPERIMENTÁLNÍ MECHANIKA 2 Přednáška 5 - Chyby a nejistoty měření. Jan Krystek

Aplikace jaderné fyziky (několik příkladů)

Experimentální metody EVF I.: Vysokovakuová čerpací jednotka

Úloha 5: Studium rentgenových spekter Mo a Cu anody

Posouzení přesnosti měření

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Studium ohybových jevů v laserovém svazku

Čas potřebný k prostudování učiva kapitoly: 1,25 hodiny

PRAKTIKUM... Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Odevzdal dne: Seznam použité literatury 0 1. Celkem max.

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

Závislost odporu termistoru na teplotě

Vypracoval: Michal Bareš dne

Derivační spektrofotometrie a rozklad absorpčního spektra

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. 11 Název: Dynamická zkouška deformace látek v tlaku

Fyzikální praktikum II

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení

Základy teorie pravděpodobnosti

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. 6. Název: Měření účiníku. dne: 16.

magnetizace M(t) potom, co těsně po rychlé změně získal vzorek magnetizaci M 0. T 1, (2)

Úvod do problematiky měření

Úloha 7: Spektrum záření gama; rentgenová fluorescenční spektroskopie

Test z teorie VÝBĚROVÉ CHARAKTERISTIKY A INTERVALOVÉ ODHADY

UNIVERZITA PARDUBICE. 4.4 Aproximace křivek a vyhlazování křivek

Spektrometrie záření gama

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

Balmerova série. F. Grepl 1, M. Benc 2, J. Stuchlý 3 Gymnázium Havlíčkův Brod 1, Gymnázium Mnichovo Hradiště 2, Gymnázium Šumperk 3

Praktikum III - Optika

Domácí úlohy ke kolokviu z předmětu Panorama fyziky II Tomáš Krajča, , Jaro 2008

1. Zadání Pracovní úkol

Praktikum III - Optika

SEMESTRÁLNÍ PRÁCE X. Aproximace křivek Numerické vyhlazování

Úvod do teorie měření. Eva Hejnová

Fyzikální praktikum I

Úvod do teorie měření. Eva Hejnová

FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 8: Závislost odporu termistoru na teplotě

Příklady - Bodový odhad

Měření hmoty Higgsova bosonu podle doby letu tau leptonu

1. Změřte modul pružnosti v tahu E oceli z protažení drátu. 2. Změřte modul pružnosti v tahu E oceli a duralu nebo mosazi z průhybu trámku.

TERMODYNAMIKA Ideální plyn TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

ZÁKLADY FYZIKÁLNÍCH MĚŘENÍ FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 5: Měření tíhového zrychlení

1. Okalibrujte pomocí bodu tání ledu, bodu varu vody a bodu tuhnutí cínu:

1. Okalibrujte pomocí bodu tání ledu, bodu varu vody a bodu tuhnutí cínu:

1 Tyto materiály byly vytvořeny za pomoci grantu FRVŠ číslo 1145/2004.

2 Zpracování naměřených dat. 2.1 Gaussův zákon chyb. 2.2 Náhodná veličina a její rozdělení

Studium ultrazvukových vln

Transkript:

Petra Suková, 3.ročník 1 Úloha 5: Spektrometrie záření α 1 Zadání 1. Proveďte energetickou kalibraci α-spektrometru a určete jeho rozlišení. 2. Určeteabsolutníaktivitukalibračníhoradioizotopu 241 Am. 3. Změřtezávislostionizačníchztrát α-částicnatlakuvzduchudt=dt(p). 4. Určetespecifickéionizačníztráty α-částicvevzduchupřinormálnímtlaku dt dx = f(t). Srovnejte tuto závislost se závislostí získanou pomocí empirické formule pro dolet α-částic ve vzduchu za normálních podmínek. 5. Určeterelativnízastoupení 238 Puvevzorku. 2 Teorie Záření α(nebolijádra 4 He)připrůchoduprostředímionizujíatomyokolnílátky,čímžztrácejí kinetickou energii(pro částice z přirozených radioaktivních zdrojů tato energie leží v intervalu 4-9 MeV). Tyto ztráty můžeme popsat veličinou specifická ionizační ztráta, která je definována následovně f(t)= dt dx. (1) Vzdálenost, ve které částice ztratí veškerou svou kinetickou energii, se nazývá zbytkový dolet a je tedy funkcí počáteční kinetické energie R= R 0 dx= T 0 0 dt f(t) = R(T 0). (2) Pro dolet α-částic o kinetických energiích z intervalu 4-7 Mev můžeme také použít empirický vztah, který udává[2] R=ξT 3 2 0, ξ=0,31cm MeV 3 2, T 0 [4,7]MeV Derivací kombinace tohoto empirického vztahu a vztahu (2), získáme teoretické vyjádření specifické ionizační ztráty f(t)= 2 1 3 ξ T. (3) Aktivitu daného zářiče pak můžeme z naměřených hodnot určit pomocí vztahu A= N T 16R 2 d 2, (4) kde Njepočetzachycenýchčástic, Tčasměření, Rvzdálenostdetektoruodzářičeadprůměr efektivní plochy detektoru.

Petra Suková, 3.ročník 2 3 Měření Předpokládáme, že naměřené rozdělení je normální a lze tedy popsat Gaussovou křivkou. Odhady parametrůajejichchybtedymůžemeznaměřenýchhodnoturčitdlevztahův[2],kapitoly5.1a 5.2. 3.1 Kalibrace a rozlišení spektrometru Kalibracispektrometrujsemprovedlazpolohymaximaanultéhokanáluspektra 241 Am.Energie maximapeakutohotozářičejeznámáajerovna E=5486keV. Rozlišení spektrometru je rovno pološířce naměřeného peaku(γ). Tato pološířka se měnila v závislosti na tlaku, naměřené hodnoty viz tab. 1., grafické zpracování viz graf 1. Chybu určení tlaku odhaduji na 0,02 atm. p[atm] Γ[keV] σ Γ [kev] η Γ relativnírozlišení[%] 0,01 19,6 0,1 0,0036 0,4 0,10 41,6 0,1 0,0036 0,8 0,20 57,2 0,2 0,0036 1,2 0,30 71,4 0,3 0,0036 1,6 0,40 83,2 0,3 0,0036 2,0 0,50 98,8 0,4 0,0036 2,7 0,60 113,7 0,4 0,0036 3,4 0,70 133,5 0,8 0,0063 5,0 0,80 151,6 0,5 0,0036 6,4 0,90 193,1 1,2 0,0063 10,9 0,99 221,2 1,4 0,0063 17,1 Tabulka 1: Rozlišení spektrometru(pološířka peaku) v závislosti na tlaku vzuchu 3.2 Absolutníaktivitaradioizotopu 241 Am Abychom mohli určit aktivitu zářiče pomocí vztahu(4), musíme znát geometrii experimentu. Změřilajsemtedyvzdálenostdetektoruodzářiče R=(35,0±0,5)mmaprůměrefektivníplochy detektoru d=(11,0 ±0,5)mm. Dálejsemznaměřenýchpočtůčásticzačas(viztab.2)spočetlaváženýprůměr N t =(64,75 ±0,01)counts s 1. Ztěchtohodnotjsempodlevztahu(4)určilaabsolutníaktivituzářiče 241 Am A=(10500 ±1200)counts s 1, η A =11%.

Petra Suková, 3.ročník 3 N p[atm] N η N t[s] t [ c s ] σ N [ c t s ] 0,01 39144 0,51 600 65,2 0,3 0,10 39482 0,50 600 65,8 0,3 0,20 38890 0,51 600 64,8 0,3 0,30 39093 0,51 600 65,2 0,3 0,40 38864 0,51 600 64,8 0,3 0,50 39041 0,51 600 65,1 0,3 0,60 39014 0,51 600 65,0 0,3 0,70 12530 0,91 200 62,7 0,6 0,80 38233 0,52 600 63,7 0,3 0,90 12717 0,90 200 63,6 0,6 0,99 12665 0,90 200 63,3 0,6 Tabulka 2: Naměřené počty částic za čas 3.3 Závislost ionizačních ztrát na tlaku vzduchu Po kalibraci spektrometru jsem změřila spektra vyzařování α-částic pro různý tlak vzduchu. Chyba určení tlaku byla poměrně velká, použit byl starý ručkový přístroj s poměrně řídkým cejchováním. Naproti tomu chyby určení energie i jejich rozdílů jsou velice malé. Naměřenéhodnotyjsoushrnutyvtabulce3agrafu2.

Petra Suková, 3.ročník 4 3.4 Specifické ionizační ztráty α-částic při normálním tlaku Změna tlaku při konstantní vzdálenosti detektoru od zářiče je ekvivalentní změně této vzdálenosti při konstantním tlaku(pro rozptyl α-částic je důlěžitý počet částic, se kterými interagují). Tlak tedy můžeme lineárně ztransformovat na vzdálenost tak, aby vakuum odpovídalo nulové vzdálenosti a normální tlak 3,5 cm. p[atm] T[keV] σ T T[keV] σ T η T [%] 0,01 5485,00 0,04 0,10 5148,94 0,09 336,06 0,01 0,002 0,20 4799,06 0,12 685,94 0,02 0,003 0,30 4426,05 0,15 1058,95 0,04 0,004 0,40 4125,53 0,18 1359,47 0,07 0,005 0,50 3726,71 0,21 1758,29 0,11 0,006 0,60 3330,98 0,24 2154,02 0,17 0,008 0,70 2668,78 0,51 2816,22 0,56 0,020 0,80 2370,20 0,33 3114,80 0,46 0,015 0,90 1770,15 0,73 3714,9 1,6 0,042 0,99 1290,95 0,83 4194,1 2,7 0,065 Tabulka 3: Ionizační ztráty α-částic v závislosti na tlaku vzduchu

Petra Suková, 3.ročník 5 x[cm] T[MeV] f(t)= dt dx σ dt dx f(t) teor 0,04 5,5 1,1 0,3 0,9 0,35 5,1 1,0 0,3 0,9 0,70 4,8 1,1 0,3 1,0 1,05 4,4 0,9 0,2 1,0 1,40 4,1 1,1 0,3 1,1 1,75 3,7 1,1 0,3 1,1 2,10 3,3 1,3 0,4 1,2 2,45 2,9 1,4 0,4 1,3 2,80 2,4 1,7 0,5 1,4 3,15 1,8 1,5 0,4 1,6 Tabulka 4: Specifické Ionizační ztráty α-částic v závislosti na energii částic ( ) Specifickéztrátypakurčímejako dt dx T=T i = T i T i 1 x i x i 1,kde iindexujejednotliváměření,cožje nejlepší aproximace derivace pro soubor diskrétních hodnot, které naměříme. Chybu této veličiny určímejakopolovinurozdílumezníchhodnotspočtenépro x i σ xi a x i + σ xi. Naměřené hodnoty viz tab. 4. V grafu 3 jsou naměřené hodnoty porovnány s teoretickou závislostí spočtenou podle vztahu(3).

Petra Suková, 3.ročník 6 3.5 Určenírelativníhozastoupení 238 Pu Naměřilajsemspektrumzářičesloženéhozedvouizotopůplutonia 238 Pua 239 Pu.Ztabelovaných hodnot energií částic vyzařovaných příslušnými izotopy jsem přiřadila dva naměřené peaky těmto izotopům a zjistila příslušný počet countů za vteřinu. 238 Pu 5,3 ±0,1c s 1 87,74let 239 Pu 173,1 ±0,5c s 1 24120let Ze znalosti poločasu rozpadu obou izotopů jsem pak mohla určit relativní zastoupení izotopu 238 Puna(1,11 ±0,02) 10 4. 4 Diskuze Pomocí známé energie peaku zářiče jsem provedla kalibraci spektrometru za předpokladu, že prostor mezi zářičem a detektorem byl dokonale vyčerpán a ionizační ztráty tedy byly nulové. Dokonalého vakua jistě dosaženo nebylo, což může do měření vnést nepřesnost větší než dále uváděné chyby zjištěných energií, její velikost ale nemohu určit a tak ji dále neuvádím. Také skutečnost, že kalibraci provádím pouze pro dva známé body(nulový kanál a kanál maxima peaku) negativně ovlivňuje její přesnost. Přesnější kalibrace by vyžadovala změřit více vzorků s peaky v různých obastech spektra, ty však nebyly k dispozici. Rozlišení spektrometru se podle očekávání se zvyšujícím se tlakem snižuje, protože náhodné procesy spojené se srážkami s částicemi vzduchu a s jejich ionizací se více projevují a tak rozšiřují gaussovský profil rozložení energie částic(zvětšuje se pološířka peaku). Velká chyba v určení absolutní aktivity je zapříčiněna nepřesností v určení geometrie experimentu. Tato chyba by se dala podstatně snížit použitím přesnějších měřících přístrojů než je pravítko. Závislost ionizačních ztrát(viz graf 2) odpovídá teoretickým předpokladům, ztráty se pro vyšší tlak zvětšují. Porovnání specifických ztrát s empirickou závislostí(vztah(3)) je zobrazeno v grafu 3. Naměřené hodnoty v rámci chyb odpovídají této závislosti. Chyby měření jsou ale opět velmi velké, což je způsobeno něpřesným měřením tlaku. Velikost chyb umožňuje proložení různými typy závislostí. Použitím přesnějšího měřícího přístroje by bylo možné tuto závislost lépe ověřit. 5 Závěr Pomocíznáméenergiepeakuzářiče 241 Amjsemprovedlakalibracispektrometru.Určilajsem rozlišení spektrometru pro měřené hodnoty tlaku vzduchu, viz tab. 1 a graf 1. Určilajsemabsolutníaktivituzářiče 241 Am A=(10500 ±1200)counts s 1, η A =11%. Změřila jsem závislost ionizačních ztrát α-částic na tlaku vzduchu, viz tab. 3 a graf 2. Z naměřených hodnot jsem určila specifické ionizační ztráty za normálního tlaku. Naměřené hodnoty viz tab. 4, srovnání s empirickým vztahem(3) viz graf 3(hodnoty v rámci chyb odpovídají této závislosti).

Petra Suková, 3.ročník 7 Proměřenímspektrazářičesloženého zedvouizotopů plutonia 238 Pua 239 Pujsemurčila relativnízastoupeníizotopu 238 Puna(1,11 ±0,02) 10 4. Použitá literatura [1] J. Mikulčák, B. Klimeš, J. Široký, V. Šůla, F. Zemánek: Matematické, fyzikální a chemické tabulky pro střední školy, SPN, Praha 1989 [2] Nosek, D., Vrzal, J., Spektrometrie záření α, Praha 2003, http://physics.mff.cuni.cz/vyuka/zfp/txt 405.pdf [3] Korbel, Z., Praktikum jaderné fyziky I., Praha 1971