ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 13

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССОВОГО КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ.

Ц е л ь р а б о т ы: определить массовый коэффициент поглощения для различных веществ, выработать навыки работы на гамма-измерительной аппаратуре.

О б о р у д о в н и е: лабораторная установка для измерения поглощения гамма-излучения, образцы, источник гамма-излучения, секундомер, пересчетное устройство, линейка.

Теоретические сведения

Поглощение гамма-излучения характеризуется коэффициентом ослабления , который учитывает практически все явления, возникающие при прохождении излучения через вещество:

,

где  - коэффициент, характеризующий явление фотоэффекта;

 - коэффициент, характеризующий явление комптоновского рассеяния;

 - коэффициент, характеризующий явление образования пар.

Для мягкого  - излучения (излучения малой энергии) преобладающим видом взаимодействия с тяжелым веществом является фотоэффект, в результате которого  - квант полностью отдает свою энергию электрону и исчезает.

При взаимодействии  - излучения с легкими веществами преобладает явление комптоновского рассеяния. В результате такого рассеяния  - квант, сталкиваясь с электроном, изменяет направление движения и теряет часть своей энергии (уменьшается его частота).

Для  - квантов с энергией, большей 1,02 МэВ, при взаимодействии с ядрами тяжелых веществ характерно явление образования пары электрон-позитрон. В этом случае квант исчезает, но в поле атомного ядра рождаются две элементарные частицы – электрон и позитрон.

Все три вида взаимодействия являются конкурирующими, а вероятность каждого из них зависит от энергии гамма-кванта и заряда ядер атомов поглотителя.

Формула, характеризующая изменение интенсивности гамма-излучения после прохождения через поглощающее вещество, имеет вид:

откуда

, (16)

где n₀ - скорость счета без экрана;

n - скорость счета с экраном толщиной d.

Из формулы (16) видно, что линейный коэффициент полощения  есть величина обратная толщине экрана, ослабляющего интенсивность гамма-излучения в e раз (т.е. в 2,7 раза).

Коэффициент поглощения, зависящий от энергии гамма-излучения и состава поглощающего вещества, увеличивается с повышением плотности вещества  для многих случаев по линейному закону, поэтому практически отношением .

Это отношение называется массовым коэффициентом поглощения.

Измерение и обработка результатов

В данной работе применяется сцинтиляционный метод регистрации гамма-излучения. Детектором излучения в сцинтиляционном счетчике является фосфòров комбинации с фотоумножителем (рис. 23). В качестве фосфòров для регистрации гамма-излучения обычно используется кристаллы йодистого натрия NaI (Tl ) (или соли йодистого цезия, активированные таллием CsI (Tl ), а также некоторые жидкости и пластмассы).

Образование в фосфóре вторичного электрона в результате взаимодействия гамма-излучения с веществом фосфóра вызывает кратковременную вспышку света. Световая энергия преобразуется в электрическую с помощью фотоэлектронного умножителя (ФЭУ).

Общее усиление энергии импульса фотоэлектронным умножителем весьма значительно, и выходные импульсы могут иметь амплитуду порядка нескольких вольт, поэтому их усиление и регистрация не представляют трудностей.

Рис.23

Выполнение работы

1. Включите прибор и прогрейте его в течение 10 минут. Установите высокое напряжение на ФЭУ.

2. Отключите заглушку коллиматора и измерьте счет за 100 с (N₀ ) от гамма-источника (Co⁶⁰ )без экранов.

3. Последовательно закрывая источник экранами из алюминия, каждый раз измеряйте счет за 100 с. Результаты занесите в таблицу 17.

4. Проведите аналогичные измерения с другими экранами. Результаты представьте в форме табл. 17.

5. При закрытой заглушке коллиматора измерьте фон N_ф за 100 с. Истинную скорость счета рассчитайте по формуле (17).

6. Рассчитайте по формуле (17) истинные скорости отсчета источника без экранов n₀ и с экранами n. Результаты занесите в таблицу.

7. По результатам измерений и вычислений постройте график зависимости .Используя графики, определите и . Результаты занесите в таблицу.

8. Проанализируйте результаты работы.

Скорости счета с алюминиевыми экранами Таблица 1.

Толщина экрана d, мм	Счет за 100 с N, имп.	Скорость счета n, имп/c	Коэффициент поглощения 	Массовый коэффициент поглощения 

Контрольные вопросы

5. Объясните механизм поглощения гамма-излучения в результате комптоновского рассеяния.

6. Объясните механизм поглощения гамма-излучения в результате фотоэффекта.

7. В чем состоит принцип работы сцинтиляционного счетчика?

8. Каков физический смысл линейного коэффициента поглощения?

Литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики:в 3-х т. - М.: Наука, 1982, т.3

2. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики: В 3-х т. – М.: Высшая школа, 1969, т.3.