филиал Федерального автономного образовательного учреждения
Высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Заочный факультет Кафедра ядерной физики
Лабораторная работа №5 Тема: Исследование поглощения γ-излучения в веществе.
Выполнил: студент группы ЭиА-С12-з Казаков Е.И. Проверил: Гончарова И.Н.
Обнинск 2015 Цель работы: определение линейного коэффициента ослабления различных веществ, энергии γ-квантов, определение вклада каждого эффекта в процессс поглощения. Ход работы: Атомное ядро может иметь избыточную энергию (быть возбуждённым) в результате радиоактивного распада или в результате искусственно вызванного ядерного превращения(ядерной реакции).Ядро не испытывает разрушения если его избыточная энергия выделяется при радиационном переходе(гамма-излучение) либо передаётся непосредственно электронной оболочке собственного атома. Пучок гамма-квантов испытывает в веществе электромагнитные взаимодействия с яд рами и электронами. Однако в отличии от заряженных частиц гамма-кванты не подвержены влиянию дальнодействующих кулоновских сил , поскольку они не имеют электрического заряда. Поэтому гамма-кванты при прохождении через вещество сравнительно редко сталкиваются с электронами и ядрами, чем и объясняется большая проникающая способность гамма-квантов. При столкновениях гамма-кванты либо поглощаются, либо рассеиваются, резко отклоняясь и изменяя свою энергию.
/ 08HlxQwKuyn11ofkNXpsGJC9/iPpONUwyEESO83OW3udNkgzBl+eUdD+/R7s+8e+/AkAAP//AwBQ SwMEFAAGAAgAAAAhAA0tdzzdAAAACQEAAA8AAABkcnMvZG93bnJldi54bWxMj8FOwzAQRO9I/IO1 SFwQtRtVUUnjVAgJxIFLUz5gE5skarwOsduk/Xq2XOC2szuafZNvZ9eLkx1D50nDcqFAWKq96ajR 8Ll/fVyDCBHJYO/JajjbANvi9ibHzPiJdvZUxkZwCIUMNbQxDpmUoW6tw7DwgyW+ffnRYWQ5NtKM OHG462WiVCoddsQfWhzsS2vrQ3l0GnbVGj/e1Xfpz5RepksZ3h6GWuv7u/l5AyLaOf6Z4YrP6FAw U+WPZILoWa+SJVt5eFqBuBp+F5WGNFEgi1z+b1D8AAAA//8DAFBLAQItABQABgAIAAAAIQC2gziS /gAAAOEBAAATAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABbQ29udGVudF9UeXBlc10ueG1sUEsBAi0AFAAGAAgA AAAhADj9If/WAAAAlAEAAAsAAAAAAAAAAAAAAAAALwEAAF9yZWxzLy5yZWxzUEsBAi0AFAAGAAgA AAAhAF77xbgZAgAANAQAAA4AAAAAAAAAAAAAAAAALgIAAGRycy9lMm9Eb2MueG1sUEsBAi0AFAAG AAgAAAAhAA0tdzzdAAAACQEAAA8AAAAAAAAAAAAAAAAAcwQAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYA AAAABAAEAPMAAAB9BQAAAAA= " o:allowincell="f" strokeweight="2.25pt"/>
1 5 6 7
2 3
1-Источник гамма-излучения 137Cs 5-Сцинтилляционный детектор 2-Защитный контейнер 6-Однокканальный амплитудный анализатор 3-Пучок гамма-квантов 7-Пересчётное устройство 4-Ослабляющие фильтры Рисунок 1 – Схема установки В ходе данной лабораторной работы используется в качестве рабочего элемента 137Cs.
0,66
Таблица 1 – Таблица данных (Алюминий: толщина – 0,5 см, Nф = 27)
α1 = 7,9956 α2 =0,1997 2σ α1 =0,0227 2σ α2 =0,0065 ν =14 χ2 =17,1975 см-1 Таблица 2 – Таблица данных (Медь: толщина – 0,17 см, Nф = 27)
α1 =8,0062 α2 = 0,6463 2σ α1 =0,0185 2σ α2 =0,016 ν =14 χ2 =11,3141 см-1 Таблица 3 – Таблица данных (Свинец: толщина – 0,1 см, Nф = 27)
α1 = 8,0066 α2 = 1,1532 2σ α1 = 0,0227 2σ α2 = 0,0338 ν = 14 χ2 = 16,9337 см-1 Используя таблицу зависимости , по полученной величине определим энергию -квантов источника: МэВ, МэВ, МэВ. На рисунке 2 приведены графики функций ослабления. Алюминий:
Медь:
Свинец:
Вывод: В ходе данной лабораторной работы было изучено взаимодействие гамма излучения с веществом. Были проведены необходимые измерения, расчёты. Построен график зависимости энергии гамма частиц от толщины слоя, определен линейный коэффициент ослабления различных веществ см-1, см-1, см-1 и энергии γ-квантов МэВ, МэВ, МэВ.
Контрольные вопросы: 1) Процессы взаимодействия γ-квантов с веществом γ -Кванты, обладая нулевой массой покоя, не могут замедляться в среде, поэтому при прохождении γ -излучения сквозь вещество они либо поглощаются, либо рассеиваются им. γ -Кванты не несут электрического заряда и тем самым не испытывают влияния кулоновских сил. При прохождении пучка γ -квантов сквозь вещество их энергия не меняется, но в результате столкновений ослабляется интенсивность, изменение которой описывается экспоненциальным законом I = I0e-μx(I0 и I — интенсивности γ -излучения на входе и выходе слоя поглощающего вещества толщиной х, μ — коэффициент поглощения). Так как γ -излучение — самое проникающее излучение, то μ для многих веществ — очень малая величина; μ зависит от свойств вещества и от энергии γ -квантов. γ -Кванты, проходя сквозь вещество, могут взаимодействовать как с электронной оболочкой атомов вещества, так и с их ядрами. Доказывается, что основными процессами, сопровождающими прохождение γ -излучения через вещество, являются фотоэффект, Комптон-эффект (комптоновское рассеяние) и образование электронно-позитронных пар. Фотоэффект, или фотоэлектрическое поглощение γ -излучения — это процесс, при котором атом поглощает γ -квант и испускает электрон. Так как электрон выбивается из одной из внутренних оболочек атома, то освободившееся место заполняется электронами из вышележащих оболочек, и фотоэффект сопровождается характеристическим рентгеновским излучением. Фотоэффект является преобладающим механизмом поглощения в области малых энергий γ -квантов (Еγ <100 кэВ). Фотоэффект может идти только на связанных электронах, так как свободный электрон не может поглотить γ -квант, при этом одновременно не удовлетворяются законы сохранения энергии и импульса. По мере увеличения энергии γ -квантов (Еγ ≈ 0,5 МэВ) вероятность фотоэффекта очень мала и основным механизмом взаимодействия γ -квантов с веществом является комптоновское рассеяние. При Еγ >l,02 МэВ=2mec2 (me — масса покоя электрона) становится возможным процесс образования электронно-позитронных пар в электрических полях ядер- Вероятность этого процесса пропорциональна Z2 и увеличивается с ростом Еγ. Поэтому при Еγ ≈ 10 МэВ основным процессом взаимодействия γ -излучения в любом веществе является образование электронно-позитронных пар. Если энергия γ -кванта превышает энергию связи нуклонов в ядре (7—8 МэВ), то в результате поглощения γ -кванта может наблюдаться ядерный фотоэффект — выброс из ядра одного из нуклонов, чаще всего нейтрона. Воздействие γ -излучения (а также других видов ионизирующего излучения) на вещество характеризуют дозой ионизирующего излучения. 2) Написать выражения для определения линейного и массового коэффициентов ослабления для всех процессов взаимодействия Характеристикой ослабления γ -излучения в веществе является линейный коэффициент ослабления μ, обычно измеряемый в см-1. Иногда вводят массовый коэффициент ослабления, равный отношению μ к плотности вещества р; в этих случаях коэффициент ослабления измеряют в см2/г. 3) Подсчитать массовые коэффициенты поглощения для различных материалов поглотителя и сделать заключение о влиянии комптоновского процесса взаимодействия при исследуемой энергии γ-квантов. В области энергий фотонов Еγ > 10Iк сечение комптоновского рассеяния σКе становится существенно преобладающим над соответствующим сечением фотоэффекта и оказывается основным фактором ослабления потока γ -квантов. Это положение демонстрируется на графике, где представлена зависимость от энергии Еγ сечения фотоэффекта на один электрон (штриховые линии) для ряда веществ 4) Устройство и принцип действия сцинтилляционного детектора. Детектор частиц, действие которого основано на регистрации световых вспышек в видимой или УФ-области, возникающих при прохождении заряженных частиц через сцинтиллятор. Доля энергии, конвертированная в световую вспышку от полной энергии ( ), потерянной частицей в сцинтилляторе, называется к о н в е р с и о н н о й э ф ф е к т и в н о с т ь ю. Она является основным. параметром сцинтилляционного детектора. Иногда вместо конверсионной эффективности используют уд. световой выход (свето-выход) - число образованных частицей фотонов на единицу потерянной энергии , или ср. энергию, расходуемую на образование одного фотона, wф= w/Ск. Здесь -ср. энергия фотонов световой вспышки ( 3 эВ). Для наибольшей эффективности сцинтилляторов значение Ск достигает 0,1-0,3. Конверсионная эффективность зависит от типа регистрируемой частицы и от её уд. потерь энергии. Для данного сцинтиллятора Ск может зависеть от температуры T, наличия примесей и соотношения различают компонент в сцинтилляторе. Сцинтилляционный счетчик обладает спектроскопическими свойствами, т. е. интенсивность световой вспышки пропорциональна энергии, потерянной частицей в широкой области энергии. Только в области малых энергий, где резко возрастает уд. потеря энергии, световыход падает и пропорциональность нарушается. Механизмы преобразования энергии частицы в световую вспышку различны для разных сцинтилляторов. В большинстве случаев они могут быть сведены к след. (упрощённой) схеме: 1) ионизация и возбуждение атомов и молекул, образование радикалов; 2) перенос энергии возбуждения к центрам свечения (радиационный, резонансный, экситонный, электронно-дырочный); 3) возбуждение и высвечивание центров свечения. Нейтральные частицы регистрируются благодаря передаче энергии заряженным: g-кванты- по электронам и позитронам (см. Гамма-излучение), нейтроны - по протонам отдачи (при упругом рассеянии) или по заряженным частицам, возникающим в ядерных реакциях нейтронов с веществом сцинтиллятора. Рисунок 1 - Схема сцинтилляционного детектора: Сц- сцинтиллятор, Св-светопровод, Ф - фотокатод, Д - диноды, А - анод. Основные элементы счетчика (рисунок 1) - сцинтиллятор и соединённый с ним оптически фоторегистратор, преобразующий энергию световой вспышки в электрический импульс. В качестве фоторегистратора обычно используют фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Световые фотоны, попадая нафотокатод ФЭУ, выбивают из него электроны, к-рые фокусируются на 1-й динод, размножаются динодной системой в результате процессавторичной электронной эмиссии и окончательно собираются на аноде ФЭУ, создавая в его цепи электрический импульс. 5) Возможный эффект нарушения экспоненциальной зависимости ослабления интенсивности вследствие многократного комптоновского рассеяния. Рассеяние с измерением длины волны (комптон-эффект) возникает тогда, когда энергия падающего кванта превышает энергию связи электрона в атоме. Комптоном было предложено трактовать указанный эффект как упругое рассеяние частиц-фотонов на свободных электронах. В каждом отдельном акте взаимодействуют один фотон и один электрон (электроны в этом случае можно считать свободными, так как энергия падпющих квантов превосходит энергию связи электронов в атомах) 7) Возникновение γ-излучения в источнике 137Сs При α- и β-распадах возможно возникновение γ-излучения. Γ-кванты образуются в результате β-распадов изотопов 137Сs на возбужденное состояние изотопа 137Ва. В результате распада возбужденного состояния 11/2- Е = 0,66 МэВ изотопа 137Ва образуются γ-кванты с энергией 0,66 МэВ.
Популярное: Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (809)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |