Лабораторна установка для визначення коефіцієнта лінійного послаблення гамма-випромінювання

Лабораторна установка складається із лічильника (детектора) та лічильного пристрою ПС-100 (мал. 10.26). Лічильник являє собою циліндричну посудину, запов­нену газом з тиском до 100–200 мм рт. ст. та містить два електрода - нитковидний анод і циліндричний катод. Робоча напруга на лічильнику кілька сотень вольт. При попаданні в об`єм лічильника будь-якої іонізуючої частинки (електрони -випромінювання, вторинні фотоелектрони, комптон-електро­ни або електрон-позитронні пари при -випроміню­ванні) в ньому виникає самостійний розряд із швидким самопогашенням. Розряд переривається вмикан­ням велико­го опору R = 10⁸–10⁹ Oм, а також введенням домі­шок (парів спирту, галогенів тощо) у склад газової суміші лічильника. Час погашення близько 10^–6 с. Час відновлення чутливості лічильника визначається дрейфом іонів до катоду та складає близько 10^–4 с. Отже, лічильна характе­ристика, або ефективність лічильника, яка визна­чається числом зареєстрованих частинок за одиницю часу, стано­вить величину порядка десяти тисяч за секунду.

Мал. 10.26. Схема лабораторної установки.

Електричні імпульси, які виникають в лічильнику, поси­люються на підсилювачі (Пс) та поступають в лічильний пристрій. На зовнішній панелі цього пристрою знаходяться індикатори розрядів, які фіксують число зареєстрованих частинок, і клавіші для встановлення різних режимів роботи (мережа, скидка, перевірка, пуск, стоп).

Порядок виконання роботи

При виконанні цієї роботи треба суворо дотриму­ва­тися правил безпеки, зокрема не торкатися струмонесучих частин, тому що на лічильник подається напруга близько 400 В. Джерело радіоактивного випромінювання повинне знаходитися в контейнері. Час роботи з ним повинен бути зведений до мінімуму, по цій причині всю підготовчу роботу (пункти 1–3, підготовка таблиці) треба виконати заздале­гідь.

1. Підготувати установку до роботи. Закріпити лі­чиль­ник в штативі, дотримуючи полярність під’єднання електродів згідно з маркіруванням. Увімкніть тумблер “мережа” і дайте прогрітися приладу декілька хвилин.

2. Перевірити роботу установки. Для перевірки роботи пристрою на вхід подаються імпульси від мережі змінного струму. Натисніть клавішу “скидка” – показання індикато­рів “обнуляються”. Натисніть клавішу “50 Гц” або “перевірка” та через 1 хвилину – клавішу “стоп”. При правильній роботі індикатори лічильника покажуть значення 3000.

3. Виміряти фон іонізуючого випромінювання N_ф. В нормальних умовах цей фон обумовлений космічним випромінюванням, розпадом ядер радіоактивних елементів, які містяться в оточуючих нас матеріалах тощо. Виміряйте не менше 3–5 разів число актів іонізації в об’ємі лічильника за 1 хвилину. Послідовність операцій: клавіша “скидка”, одночасно із запуском секундоміра - клавіша “пуск”, через 1 хвилину – клавіша “стоп”. Дані з індикаторів занесіть в таблицю.

4. Виміряти число N зареєстрованих частинок, які випромінюються радіоактивним препаратом. Капсулу з радіоактивним препаратом помістіть під лічильник і прове­діть вимірювання, аналогічно вказаним в пункті 3. Виміряне число частинок N складається з суми числа частинок N_ф, що визначають фон іонізуючого випромінювання, а також чис­ла частинок N, які випромінюються препаратом і потрапили в об’єм лічильника. Отже, величина N визначається як різниця N = N – N_ф. Вимірювання провести 3–5 разів, дані занести в таблицю.

5. Виміряти число зареєстрованих частинок, які випро­мінюються радіоактивним препаратом, поглинаються шаром металу і потрапляють в об’єм лічильника разом з фоном іонізуючого випромінювання. Не змінюючи положен­ня капсули, екрануйте її від лічильника пластиною із заліза та виміряйте 3–5 разів число актів іонізації в об`ємі лічильника N_Fe. Дані занесіть в таблицю. Аналогічні вимі­рю­вання зробіть також для інших металів – алюмінію N_Al та свинцю N_Pb. Товщина L вказана на металевих пластинах.

Таблиця. Результати вимірювань та обчислень  і L_1/2.

	Nф	N	залізо		алюміній		свинець
п/п	1/хв	1/хв	NFe 1/хв	LFe мм	NAl 1/хв	LAl мм	NPb 1/хв	LPb мм
1 2 3 4 5				– – – – –		– – – – –		– – – – –
се­ред­нє
		N =	NFe =		NAl =		NPb =
			Fe = ... (мм–1)		Al = ... (мм–1)		Pb = ... (мм–1)
			L1/2 = ... (мм)		L1/2 = ... (мм)		L1/2 = ... (мм)

6. Знайти середні значення N_ф, N, N_Fe, N_Al, N_Pb.

7. За знайденими середніми значеннями визначити чис­ла зареєстрованих частинок тільки від радіоактивного препарату (без фона), що послаблені за рахунок поглинання в металевих шарах:

N = N – N_ф, N_Fe = N_Fe – N_ф, N_Al = N_Al - N_ф, N_Pb = N_Pb – N_ф.

8. Визначити коефіцієнти послаблення  і L_1/2 та товщини шарів половинного послаблення L_1/2 для вказаних металів за формулами

 і L_{1/2 Fe} = (1 / L_Fe)  ln(N / N_Fe), L^Fe_1/2 = 0.693 / _Fe,

 і L_{1/2 Al} = (1 / L_Al)  ln(N / N_Al), L^Al_1/2 = 0.693 / _Al ,

 і L_{1/2 Pb} = (1 / L_Pb)  ln(N / N_Pb), L^Pb_1/2 = 0.693 / _Pb.

Отримані дані занесіть в таблицю.

9. Порівняти отримані результати для різних металів та зробити висновки.

Оформлення роботи. У звіті повинно бути: а) стислі теоретичні відомості про природу гамма-випромінювання та механізми його поглинання, б) схема установки, в) таблиця з результатами вимірювань та обчислень, г) виснов­ки.