Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM

Fyzikální praktiku 3

Zpracoval: Radek Žemlička  Naměřeno: 29. dubna 2009
Obor: F Ročník: II Semestr: IV  Testováno:

Úloha č. 9:  Absorbce γ záření

1. Teorie

Záření gama je emitováno při přechodech atomového jádra mezi různými energiovými hladinami. Spektrum záření gama je čarové a energie bývá v rozsahu 0, 05 až 3MeV. Při průchodu záření hmotou dochází k jeho absorpci. Je-li I_{0} hustota proudu částic γ, pak po průchodu látkou o tloušt’ce d dochází k zeslabení podle vztahu 1.

I = I_{0}e^{−μd}  (1)

kde μ je lineární součinitel zeslabení, který je součtem lineárních součinitelů zeslabení pro fotoefekt, Comptonův jev a pro tvorbu elektron - pozitronových párů. Lineární součinitel zeslabení je funkcí energie záření. Aby bylo možné porovnávat různé látky, zavádí se hmotnostní součinitel zeslabení μ_{m} = \frac{μ}{ρ} , kde ρ je hustota látky.

2. Měření a výsledky

2.1. Popis měření

Pomocí počítače a scintilačního detektoru Cassy bylo měřeno energiové spektrum pro olovo, hliník a plexisklo v různých tloušt’kách. Desky z těchto materiálů byly postupně vkládány na detektor. Doba měření byla vždy jedna minuta. Z naměřeného spektra určíme hustotu proudu γ záření pomocí integrace příslušného píku a odečtení vlivu pozadí. Vzhledem k tomu že I ze vztahu 1 je úměrné počtu detekovaných signálů N, je −μ derivací funkce ln n = f(d)

2.2. Naměřené hodnoty a zpracování

Měření pro olovo, hliník a plexisklo shrnuje tabulka 1. Závislsot logaritmu počtu plsů na tloušt’ce pro olovo byla vynesena v grafu v obrázku 1, pro hliník v grafu v obrázku 2 a pro plexisklo v grafu v obrázku 3.

Olovo

d[mm] N N_{pozadi} n
2,0 1986 88 1898
3,5 1943 100 1843
7,6 1681 126 1555
11,3 1427 136 1291
19,9 1169 163 1006

Hlinik

d[mm] N N_{pozadi} n
5 2354 93 2261
10  2040 106 1934
20  1827 103 1724
25  1681 111 1570
35  1548 108 1440

Plexisklo

d[mm] N N_{pozadi} n
9,7 2393 103 2290
19,3 1856  77  1779
28,9 1602  87  1515
41,2 1519  96  1423

Tabulka 1: Měření počtů detekovaných pulsů v závislosti na tloušt’ce vrstvy. (n značí počet detekovaných pulsů od kterých byl odečten vliv pozdí)

Obrázek 1: Závislsot logaritmu počtu plsů na tloušt’ce pro olovo Obrázek 2: Závislsot logaritmu počtu plsů na tloušt’ce pro hlinik Obrázek 3: Závislsot logaritmu počtu plsů na tloušt’ce pro plexisklo

Ze směrnic grafů byli určeni lineární součinitelé zeslabení: μ_{P b} = (37 ± 2)m^{2} μ_{Al} = (14 ± 2)m^{2} μ_{plexisklo} = (15 ± 4)m^{2}

Na základě znalosti předešlých výsledků a hustot ρ_{Al} = 2700kgm^{−3}, ρ_{plexisklo} = 1180kgm^{−3} a ρ_{P b} = 11340kgm^{−3} byly stanoveny hmotnostní součinitelé zeslabení: pro olovo : μ_{m} = (3, 2 ± 0.2) · 10^{−3}m^{2}kg^{−1} pro hliník: μ_{m} = (5, 2 ± 0.7) · 10^{−3}m^{2}kg^{−1} pro plexisklo: μ_{m} = (12 ± 7) · 10^{−3}m^{2}kg^{−1}

3. Závěr

Byli určeni lineární součinitelé zeslabení pro olovo, hliník a plexisklo. Měření bylo velmi nepřesné. Nepřesnost byla pravděpodobně způsobena tím, že vliv prostředí byl měřen vždy po měření záření ze zářiče a nikoli paralalně s ním. Navíc počet vyzářených γ částic pouze statistický jev, který nelze ničím ovlivnit, a pro měření bylo vždy užito jen relativně krátkého intervalu. Přesto lze konstatovat, že výsledky měření s stabulkovými hodnotami shodují alspoň řádově.