Нижегородский Государственный Технический Университет

Кафедра «Атомная и ядерная физика»

Лабораторная работа №12

Исследование поглощения γ-излучения в веществе

Горький

1980

Исследование поглощения γ-излучения в веществе

Целью работы является экспериментальная проверка закона поглощения γ-излучения в веществе, определение линейных коэффициентов поглощения γ-излучения в различных поглотителях и оценка энергии γ-квантов источника.

ВВЕДЕНИЕ

Кванты электромагнитного излучения, проходя через материальную среду, могут: поглощаться атомами среды (фотоэффект), испытывать рассеяние на атомных электронах (комптоновское рассеяние) и вызывать рождение электрон-позитронных пар. При рассмотрении взаимодействия γ-излучения с веществом все эти три процесса надо учитывать и, соответственно, полное сечение взаимодействия может быть представлено в виде:

(1)

Так как каждый акт взаимодействия γ-кванта с атомом вещества приводит либо к полному исчезновению кванта, либо к существенному изменению направления его движения, интенсивность I параллельного пучка лучей, прошедшего в поглотителе путь X, убывает с увеличением X по экспоненциальному закону

(2)

Согласно этому закону быстрота убывания интенсивности пучка γ-излучения в среде характеризуется линейным коэффициентом поглощения μ, который связан с полным эффективным сечением (1) соотношением:

(3)

Где A-атомная масса;

ρ-плотность поглотителя;

No- Число Авогадро;

Таким образом, можно рассматривать как сумму трёх коэффициентов:

(4)

На рис.1 изображена зависимость от энергии γ-квантов линейного коэффициента поглощения μ и его компонент μф, μк и μп для свинца и полного линейного коэффициента поглощения μ для алюминия. Так же коэффициента поглощения можно определить из табл.1 в приложении 3.

Для проверки закона поглощения γ-квантов в веществе и определения линейного коэффициента поглощения предварительно преобразуем соотношение (2). Логарифмирование даёт: (5) или (6) Полученные соотношения представляют собой линейные зависимости функций и от толщины слоя поглотителя X, которые графически изображаются прямыми линиями.		Рис.1
Для прямой, изображающей графически зависимость (6), . Таким образом, график экспериментально снятой зависимости должен представлять собой прямую линию, по величине тангенса угла, который она образует с осью Ох и определяется линейный коэффициент поглощения. Принимая во внимание, что число импульсов счетного устройства пропорционально плотности потока γ-квантов, попадающего на детектор, на практике	Рис. 2

снимается зависимость, и дальнейшая обработка экспериментальных данных ведётся с учётом этого обстоятельства. Использование же хорошо изученной теоретически и экспериментально зависимость поглощения γ-квантов от их энергии позволяет по найденному значению μ оценить энергию γ-квантов, а для свинца также и вклад, вносимый в μ каждым из видов взаимодействия, то есть величины μф, μк и μп.

Экспериментальная установка

Блок-схема экспериментальной установки изображена на рис.3

Рис.3

Источником γ-излучения S, является радиоактивный препарат , помещаемый в специальный защитный контейнер. Выделенный с помощью коллиматоров узкий пучок γ-квантов после прохождения поглотителя П попадает на газоразрядный счетчик блока БГС-3. Возникающие в этом блоке импульсы, после предварительного усиления, регистрируются пересчётной установкой ПС-20.

Питание схемы производится от высоковольтного выпрямителя ВСВ-20.

Правила техники безопасности в данной работе

При работе в лаборатории ядерной физики студент обязан строго соблюдать общие положения инструкции по технике безопасности, а при выполнении данной работы иметь в виду также следующее:

1. При снятии счётной характеристики подаваемое на счетчик напряжение не должно превышать 1100 В.

2. Пересадку γ-источника из контейнера на рабочее место и с рабочего места обратно в контейнер может производить только лаборант или инженер.

3. Пластинки поглотителя должны устанавливаться на стойки сверху.

Задание

1. Снять экспериментальную зависимость интенсивности пучка γ-квантов от толщины поглотителя для указанных преподавателем материалов (свинец, железо, алюминий).

2. На основании полученных данных определить полные линейные коэффициенты поглощения μ для исследованных материалов, а для свинца также и вклад каждого из видов взаимодействия, то есть величины μф, μк и μп.

3. Вычислить полное эффективное сечение взаимодействия γ-квантов используемого в работе источника .

Порядок выполнения работы и обработка экспериментальных данных

1. По инструкции ознакомиться с приборами и подготовить их к работе.

2. Выполнив необходимые измерения, построить счётную характеристику и, выбрав рабочее напряжение, подать его на счётчик.

3. Измерить фон со статистической точностью 5%.

4. При снятии зависимости измерения проводятся для 6-8 различных значений толщины Х каждого из исследуемых поглотителей, начиная со значения Х=0. При этом желательно толщину поглотителя изменять на одну и ту же величину. (Рекомендуемые интервалы: свинец-0,5 см, железо- 0,6 см, алюминий- 0,8 см). Измерения должны проводиться с одной и той же статистической точностью 1-2% для всех значений толщины поглотителя.

5. Из всех полученных замеров исключит фон.

6. Для каждого из поглотителей построить зависимость . Для этого на график нанести экспериментальные точки и отложить их погрешности . Затем через полученные области провести плавную линию, которая в данном случае должна представлять собой прямую линию. По тангенсу угла наклона этой прямой с осью абсцисс и определяется μ. Очевидно, что через указанные области можно провести множество прямых. Из этого множества надо выделить три прямые, не противоречащие экспериментальным данным: с максимальным и минимальным наклоном и среднюю. Каждой из них соответствует своё значение коэффициента поглощения.

Отсюда ,

Где .

7. Более точно коэффициент поглощения можно определить, используя метод наименьших квадратов. Эту более точную оценку μ и его погрешности нужно сделать, ознакомившись с изложением метода наименьших квадратов в приложении 1 к данному описанию. Результат сравнить с оценкой, полученной по методу, изложенному в пункте 6.

8. С помощью графиков Приложения 3 по найденному значению коэффициента поглощения μ определить энергию γ-квантов. Сравнить результаты, полученные для различных поглотителей.

9. Используя график рис.1 , определить для свинца μф, μк и μп, соответствующие найденному значению энергии .

10. Используя формулы (3) и (4), определить полное эффективное сечение взаимодействия σ для каждого поглотителя, а для свинца и сечения , соответствующие различным видам взаимодействия γ-излучения с веществом.

11. Экспериментальные данные и результаты их обработки рекомендуется представить в виде таблицы, в которой все подлежащие нахождению величины должны быть представлены с указанием точности их определения.