физика все лабы / 340 / 340(3)m
.docПетербургский Государственный Университете Путей Сообщения
Кафедра физики. Лаборатория ядерной физики
Лабораторная работа № 340(3)
взаимодействие рентгеновского излучения с веществом
Работу выполнил
студент группы ПТМ-309
механического факультета
Пучин Д.К.
Работу принял:
Санкт-Петербург
2005
Теория и цель работы
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
- проверка закона Бугера – Ламберта – Бера для поглощения рентгеновского излучения различными материалами.
ТЕОРИЯ
Видимый свет, рентгеновское
и
-излучения
являются электромагнитными волнами,
отличаются частотой и энергией фотонов.
Источники видимого света, рентгеновского
и
-излучений
различны, например:
1) видимый свет испускается возбужденными атомами при переходе электронов во внешних электронных оболочках атомов;
2) характеристическое рентгеновское излучение возникает в результате перестройки внутренних оболочек возбужденных атомов (возбуждение возникает при удалении электрона из внутренних оболочек атома);
3)
-излучение
сопровождает процессы перестройки
внутри ядер и связано с выделением
избытка энергии.
Электромагнитные волны
различных частот обладают различными
свойствами, в частности, неодинаковой
способностью проходить через вещество.
Имея общую природу, видимый свет,
рентгеновское и
-излучения
распространяются в вакууме со скоростью
света. Их фотоны имеют массы покоя равную
нуля, волны могут быть представлены в
виде магнитной и электрической
составляющей, которые с вектором скорости
образуют тройку взаимно перпендикулярных
векторов и т.д. Как показывает опыт,
поглощение веществом электромагнитного
излучения (любой частоты) подчиняется
экспоненциальному закону Бугера –
Ламберта – Бера.
Впервые соотношение
было получено П.Бугером (1729г.) для
поглощения света растворами, а зависимость
интенсивности от толщины слоя детально
изучена Ламбертом (1760г.). Бером (1825г.)
исследовалось влияние концентрации на
поглощение света растворами. В XX веке
было доказано. что соотношение
оказывается справедливым при прохождении
рентгеновского и
-излучения
через вещество.
Величина
является функцией свойств вещества
поглотителя (в частности, его плотности)
и энергии фотонов электромагнитного
излучения.
Формула
достаточно
строго выполняется для монохроматических
излучений (в потоке содержатся фотоны
с одним значением энергии), для
немонохроматических излучений формула
выполняется приближенно.
Большинство естественных
и искусственных изотопов, применяемых
в технике, испускают
-кванты,
энергия которых лежит в интервале
0,01-10 МэВ. При взаимодействии
-излучения
с веществом
-кванты
выбывают из падающего пучка в результате
одного из актов взаимодействия. Для
квантов с энергией 0,01-10 МэВ главную роль
играют три вида взаимодействия:
-
Фотоэффект.
-квант
проникает в оболочку атома и выбивает
электроны. Этот эффект преобладает при
энергии квантов ниже 0,5 МэВ.
-
Эффект Комптона.
-квант
сталкивается с электроном во внешней
оболочке и передает ему часть своей
энергии. Вследствие этого изменяется
направление движения
-квантов
и уменьшается их энергия и частота.
-
Образование пар.
-квант
пролетает непосредственно вблизи ядра.
Если его энергия превышает 1,02 МэВ, то
он превратиться в электрон-позитронную
пару.
Таблица наблюдений
-
Измерение фона счетчика
Таблица 1
|
Номер измерения |
|
|
|
|
1 (в начале) |
200 |
1153 |
5,77 |
|
2 (в середине) |
1110 |
5,55 |
|
|
3 (в конце) |
1117 |
5,59 |
-
Измерение интенсивности пучка
Таблица 2
|
Номер измерения |
|
|
|
|
1 |
10 |
27049 |
2704,9 |
|
2 |
26771 |
2677,1 |
|
|
3 |
27131 |
2713,1 |
-
Измерение зависимости интенсивности пучка от толщины поглощающего материала
Таблица 3
|
Винипласт |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
0,15 |
24655 |
24626 |
2462,6 |
0,09 |
0,61 |
|
24578 |
||||||
|
24645 |
||||||
|
0,3 |
22086 |
22180 |
2218 |
0,2 |
0,66 |
|
|
22281 |
||||||
|
22173 |
||||||
|
0,45 |
20516 |
20365 |
2036,5 |
0,28 |
0,63 |
|
|
20304 |
||||||
|
20274 |
||||||
|
0,6 |
18454 |
18400 |
1840 |
0,38 |
0,64 |
|
|
18461 |
||||||
|
18284 |
||||||
График зависимости
Таблица 4
|
Алюминий |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
0,2 |
14699 |
14651 |
1465,1 |
0,61 |
3,07 |
|
14543 |
||||||
|
14712 |
||||||
|
0,4 |
8048 |
8142 |
814,2 |
1,2 |
3,01 |
|
|
8246 |
||||||
|
8131 |
||||||
|
0,6 |
3456 |
3543 |
354,3 |
2,04 |
3,41 |
|
|
3596 |
||||||
|
3576 |
||||||
|
0,8 |
2003 |
2005 |
200,5 |
2,63 |
3,28 |
|
|
2005 |
||||||
|
2008 |
||||||
График зависимости
Таблица 5
|
Жесть |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
0,025 |
3325 |
3334 |
333,4 |
2,11 |
84,26 |
|
3306 |
||||||
|
3372 |
||||||
|
0,05 |
544 |
528 |
52,8 |
4,04 |
80,89 |
|
|
509 |
||||||
|
531 |
||||||
|
0,075 |
167 |
173 |
17,3 |
5,44 |
72,56 |
|
|
200 |
||||||
|
151 |
||||||
|
0,1 |
78 |
87 |
8,7 |
6,76 |
67,57 |
|
|
90 |
||||||
|
94 |
||||||
График зависимости
Таблица 6
|
Текстолит |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
0,1 |
22187 |
22177 |
2217,7 |
0,2 |
1,97 |
|
22287 |
||||||
|
22057 |
||||||
|
0,2 |
17823 |
17590 |
1759
|
0,43 |
2,15 |
|
|
17374 |
||||||
|
17572 |
||||||
|
0,3 |
14387 |
14561 |
1456,1 |
0,62 |
2,06 |
|
|
14673 |
||||||
|
14623 |
||||||
|
0,4 |
11727 |
11843 |
1184,3 |
0,83 |
2,07 |
|
|
11780 |
||||||
|
12023 |
||||||
График зависимости
ВЫЧИСЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТА.
АБСОЛЮТНАЯ И ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ
;
;
;
;
ВЫВОД
Фон счетчика:
Интенсивность пучка:
Зависимость интенсивности пучка от толщины поглощающего материала:
Винипласт -
Алюминий -
Жесть -
Текстолит -
