AKADEMIA ROLNICZO - TECHNICZNA
ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z FIZYKI
(CZĘŚĆ PRAKTYCZNA)
ĆW. NR. 7:
Wyznaczanie masowego współczynnika
pochłaniania promieniowania gamma
dla różnych ciał.
I MiBM gr 2 Zespół 3
Jądra poszczególnych pierwiastków składają się z protonów i neutronów, czyli nukleonów. Protony są cząsteczkami elementarnymi o ładunku dodatnim, równym co do bezwzględnej wartości ładunkowi elektronu tj. e = 1,6021 10-19C. Masa spoczynkowa protonu wynosi mp=1,6725 10-27kg. Neutrony są cząsteczkami elementarnymi elektrycznie obojętnymi o masie spoczynkowej równej mn = 1,6478 10-27kg.Nukleony są cząsteczkami cięższymi do elektronów o ok. 1836 razy. Jądro atomu o ładunku Ze i liczbie masowej A zawiera Z protonów i N = (A-Z) neutronów.
W zależności do ilości protonów i neutronów w jądrze danego pierwiastka rozróżnia się następujące przypadki:
- izotopy: Z = const, N – zmienne;
- izotony: N = const, Z – zmienne;
- izobary: A = const, Z i N – zmienne;
Jądra pierwiastków lekkich mają budowę kulistą, pierwiastków ciężkich – sferoidalną. Promień jądra jest wprost proporcjonalny do pierwiastka trzeciego stopnia z jego masy atomowej:
gdzie:
Ro = (1,4 ± 0,15) 10-15m
Siły kulombowskiego oddziaływania między protonami w jądrze są elementem destrukcyjnym, szczególnie dla jąder ciężkich. W związku z tym pierwiastki o liczbie atomowej powyżej 82 są zaliczane do pierwiastków nietrwałych i mogą ulegać naturalnemu rozpadowi. Wszystkie przemiany jądrowe, zarówno wysokoenergetyczne jak i niskoenergetyczne, podlegają następującym zasadom:
- zachowania ładunku elektrycznego;
- zachowania całkowitej liczby nukleonów (suma liczb masowych przed reakcją i po reakcji musi być taka sama)
- zachowania masy – energii (dla układu izolotowego całkowita energia układu pozostaje stała);
- zachowania pędu i momentu pędu;
Przemiany jądrowe w wyniku których są emitowane cząstki a, b lub towarzyszące im promieniowanie g podlegają statystycznemu prawu zwanemu prawem rozpadu, które ma postać:
N = Noexp(-lt)
No – liczba jąder w chwili t = 0,
N – liczba jąder, które po czasie t nie uległa jeszcze rozpadowi,
l – stała rozpadu,
t – czas,
Promieniowanie g jest rejestrowane dzięki efektom wytwórnym towarzyszącym przechodzeniu przez materię. Podstawowymi oddziaływaniami z materią, w wyniku których tracą one energię są:
a) efekt fotoelektryczny;
b) efekt Comptona;
c) efekt tworzenia par pozyton – negaton;
Prawdopodobieństwo zajścia jednego z tych efektów jest zależne od energii kwantu g. Jeżeli energia nie przekracza 0,5 MeV, przeważa efekt a), w przedziale od 0,5 do 2 MeV, efekt b), powyżej 2 MeV istnieje możliwość zaistnienia efektu c).
Podczas przechodzenia przez materię równoległej wiązki promieniowania g następuje jej pochłanianie i rozproszenie. Natężenie wiązki promieniowania po przejściu przez materię o grubości x opisuje prawo Lamberta – Bougera:
I = Ioexp(-mx)
Io – natężenie wiązki padającej
m – liniowy współczynnik osłabienia
Liniowy współczynnik m równa się względnemu zmniejszeniu natężenia wiązki promieniowania g na drodze o jednostkowej długości:
Liniowy współczynnik osłabienia jest równy sumie liniowych współczynników pochłaniania rzeczywistego t i rozproszenia s
m = t + s
Ponieważ współczynniki t i s są proporcjonalne do masy ciała pochłaniającego, w praktyce jest stosowany masowy współczynnik osłabienia.
mm = m/r = tm + sm
Masowy współczynnik pochłaniania tm jest zależny do liczby atomowej absorbenta, jego masy atomowej oraz długości fali padającego promieniowania w następujący sposób:
C – stała;
No – liczba Avogadro;
A – masa atomowa pierwiastka pochłaniającego;
Za absorpcję promieniowania g lub X są odpowiedzialne atomy danego pierwiastka. Związek jaki zachodzi między liniowym współczynnikiem absorpcji a przekrojem czynnym na absorpcję d (dla jednego atomu) jest następujący:
t = nod
no – liczba atomów w 1 cm3, tzn. no = No/V
Wobec tego :
d – gęstość bezwzględna
Z tego względu istotne znaczenie przy pochłanianiu ma atomowy współczynnik pochłaniania zdefiniowany w sposób następujący:
Atomowy współczynnik rozproszenia jest określony:
ma5ti51