23321

Коэффициент ослабления - квантов в свинце и алюминии

Лабораторная работа

Физика

ЦЕЛЬЮ НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЫ ЯВЛЯЕТСЯ измерение линейного коэффициента поглощения гаммаквантов в различных поглотителях оценка энергии гамма излучения источника и определения вклада каждого эффекта в процесс поглощения. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ Расчет защиты от ионизирующих излучений в частности гаммаквантов основывается на физике взаимодействия излучения с веществом. Практическое значение при изучении ослабления потока гаммаквантов в веществе имеют только три вида взаимодействия: а фотоэффект на одном из связанных электронов атома...

Русский

2013-08-04

361.5 KB

30 чел.

Коэффициент ослабления - квантов в

свинце и алюминии.

ЦЕЛЬЮ НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЫ ЯВЛЯЕТСЯ измерение линейного коэффициента поглощения гамма-квантов в различных поглотителях, оценка энергии гамма излучения источника и определения вклада каждого эффекта в процесс поглощения.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Расчет защиты от ионизирующих излучений, в частности, гамма-квантов, основывается на физике взаимодействия излучения с веществом. Практическое значение при изучении ослабления потока гамма-квантов в веществе имеют только три вида взаимодействия:

а) фотоэффект на одном из связанных электронов атома, при этом гамма-квант исчезает;

б) комптон-эффект на одном из свободных, либо связанных электронов поглотителя, при этом гамма- квант рассеивается и выходит из прямого пучка;

в) образование пары электрон-позитрон в поле ядра поглотителя, гамма-кванты первичного пучка при этом исчезают, но при аннигиляции позитрона появляются два аннигиляционных кванта с энергией  каждый.

В геометрии «узкого» пучка убыль плотности потока квантов при прохождении им слоя поглотителя равна:

 

где

 - плотность потока квантов на глубине , ;

 - число атомов поглотителя в ;

 - эффективное сечение, отнесенное к одному атому поглотителя и характеризующее вероятность выхода квантов из пучка ;

В общем случае это сумма трех сечений:

характеризующих вероятность комптон-эффекта, фотоэффекта и образование пары, соответственно.

 Интегрируя  с учетом начальных условий:  получаем:

 

Пусть  - линейный коэффициент ослабления потока квантов в веществе, - число Авогадро;  - атомный вес вещества поглотителя;  - плотность поглотителя, тогда:

 

Т.е.  можно рассматривать как сумму трех коэффициентов:

 

Если поглотитель  - сложное вещество, то имеет место тот же самый закон экспоненциального ослабления , но только линейный коэффициент ослабления выражается формулой:

 

где  - парциальная плотность -го элемента.

Вычисление эффективного сечения комптон-эффекта при рассеивании кванта с энергией  на электроне  может быть выполнено по формуле Тамма-Клейна-Нишины. Так как все электроны атома принимают практически равное участие в рассеянии квантов, сечение комптоновского расстояния, приходящееся на атом, может быть вычислено по формуле:

 

где  - атомный номер.

Для вычисления линейных коэффициентов поглощения  и  нет надежных теоретических формул. Поэтому их часто определяют, используя экспериментальные данные по коэффициентам поглощения квантов в свинце. На рис.1 изображена зависимость полного линейного коэффициента поглощения и его составляющих от энергии при прохождении квантов через свинец. Используя данные для свинца коэффициенты  и , можно оценить соответствующие коэффициенты для любого элемента:

 

где

82  – атомный номер свинца;

207.2  – атомный вес свинца;

11.3 – плотность свинца,

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Блок-схема экспериментальной установки дана на рисунке 2.  - источник гамма-излучения.

Источник помещается в свинцовой защите, из которой выходит направленный пучок гамма-квантов, проходящий по пути к детектору через изучаемый поглотитель.

Дополнительный свинцовый коллиматор между детектором квантов и поглотителем предназначен для выделения узкого пучка квантов и ограничения регистрации квантов, рассеянных поглотителем и защитой.

Такое характерное расположение деталей установки называется в литературе «хорошей геометрией». При «плохой геометрии» коллиматор отсутствует. Измеренный в таких условиях коэффициент поглощения оказывается заниженным вследствие попадания в детектор квантов, рассеянных поглотителем.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Так как число импульсов счетного устройства  пропорционально плотности потоков квантов, попадающих на кристалл сцинтиллятора, то на практике снимается кривая , где  - толщина поглотителя.

Последовательность проведения опыта следующая:

  1.  Измерить фон в лаборатории без источника.
  2.  Установить источник.
  3.  Снять зависимость  со свинцовым поглотителем при различных толщинах (всего десять точек).
  4.  Снять аналогичную зависимость для алюминиевого поглотителя при различных толщинах (всего восемь точек).
  5.  Убрать дополнительные свинцовые коллиматоры и снять две-три точки на кривой поглощения, по которым найти значение  в «плохой геометрии».

Время замеров можно выбрать 1 мин.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

  1.  Из всех полученных результатов исключить фон.
  2.  Нанести на график зависимость  и по наклону полученных прямых вычислить линейные коэффициенты поглощения гамма-квантов для свинцового и алюминиевого поглотителя.
  3.  Используя рис. 3, на котором дан более подробно ход энергетической зависимости  для свинца и алюминия, оценить энергию излучения. Для свинцового поглотителя с помощью рис. 1 найти вклад каждого эффекта в процесс поглощения.
  4.  Найти толщину слоя половинного ослабления потока свинцовым и алюминиевым поглотителем.

Для вычисления истинного значения  следует из измеренного  вычесть фон. Если среднее число фоновых импульсов в единицу времени равно , а время измерения величины  равно , то

Оценивать коэффициент ослабления квантов можно графически, из зависимости .

На график наносят экспериментальные точки  и откладывают их ошибки . Затем проводят плавную линию через области . Если фон учтен правильно, то должна получиться прямая линия, подчиняющаяся уравнению:

 

Для нахождения коэффициента  воспользуемся методом наименьших квадратов. Нам необходимо получить линейное уравнение вида:

    (1.8)

Где коэффициент  будет являться коэффициентом поглощения . Для построения уравнения (1.8) воспользуемся полученными данными: точка замера (), значение .

Поскольку в нашем уравнении неизвестны два коэффициента (), то для нахождения этих коэффициентов потребуется система уравнений второго порядка следующего вида:

    (1.9)

где коэффициенты  находятся по формуле , а правые части  находятся по формуле (здесь  соответствует толщине, а  соответствует количеству зарегистрированных частиц на координате  ). Получив численные значения , и подставив их в систему (1.9) мы найдем неизвестные  системы уравнений (1.8).

ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ

  1.  Дать определения линейному коэффициенту ослабления квантов.
  2.  Экспериментальные и расчетные величины свести в таблицу.
  3.  Привести график зависимости  и указать на графике погрешность.
  4.  Привести график зависимости линейного коэффициента ослабления квантов от их энергии для свинца и алюминия. С помощью этих графиков определить эффективную энергию квантов источника и составляющие коэффициента линейного ослабления для свинца.

Таблица наблюдений и расчетов.

Толщина поглотителя

, мм

Pb

Al

Фон

Счет

Фон

Счет

1

2

ЛИТЕРАТУРА

  1.  Н.Г. Гусев «Защита от ионизирующих излучений», т.1, М.: Атомиздат, 1989 г.
  2.  Сборник лабораторных работ по ядерной физике, М.: Атомиздат, 1970 г.

Рис. 2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

54287. Загальна характеристика творчості В. Маяковського 244.5 KB
  Початок XX століття. Ще ніхто не знав, яким воно буде, але світ в очікуванні великих змін. Зустрічається минуле з майбутнім і намагається застерегти, попередити, передати досвід, але за законом життя майбутнє хоче мати свій досвід, свої помилки й перемоги. На початку XX століття Росія переживає революцію 1905 року, Першу світову війну та дві революції 1917 року, які перевернуть світогляд, ставлення до культури, літератури, віри, людини...
54288. Ваше будущее в ваших руках 52 KB
  Мне кажется что от человека зависит какой он. У каждого человека есть определенное жизненное задание – то чего хотелось бы добиться прежде всего ради чего стоило бы жить. Для группы 1 красный возможность человека заниматься любимым творческим делом. Вам нужно выбрать два человека.
54289. Методична культура - духовно-інтелектуальна база розвитку професіоналізму вчителя 71 KB
  Людина це . Кожна людина яка прийшла у цей світ неоціненна.У всі часи філософи намагалися дати визначення поняттю людина слайд 6. Так Платон стверджував що людина це істота з двома ногами без пір'я.
54290. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА АВСТРАЛІЇ ТА ОКЕАНІЇ 268.5 KB
  Мета: Сформувати в студентів систему знань про специфіку ЕГП Австралії та території Океанії; навчити визначати особливості природи населення та господарства; розкрити роль Австралії в міжнародному географічному поділі; розвивати в студентів геопросторове мислення розуміння доцільності науково обґрунтованого підходу до природокористування системної єдності довкілля людини та її діяльності в територіальному аспекті;...
54291. Майстерня професійного самовдосконалення 71 KB
  Підготовка педагогічних і науковопедагогічних працівників їх професійне самовдосконалення – важлива умова модернізації освіти Національна доктрина розвитку освіти Таким чином основною формою удосконалення рівня професійної компетентності педагога є професійне самовдосконалення шляхом цілеспрямованої самоосвітньої...
54292. УРОКИ КУЛЬТУРЫ ЗДОРОВЬЯ 7-11 классы 4.89 MB
  Тем более мы с вами будем касаться таких острых и острейших вопросов как спасение Человека избавление от зависимостей рождение новой цивилизации здравосозидателей решение проблем наркотизма формирование здорового и оптимального образа жизни. Авторы РАЗДЕЛ I В ЗДОРОВОМ ТЕЛЕ – ЗДОРОВЫЙ ДУХ Урок 1 Здравствуйте На этом уроке ты: ознакомишься с понятием здоровый образ жизни ; узнаешь отношение к ЗОЖ Всемирной организации здравоохранения; выяснишь какие качества жизни тебя больше всего устраивают; вместе с педагогом разберешь...
54293. Украина в годы правления Ивана Мазепы 63 KB
  Мазепы и начало его правления; определить основные направления его внутренней и внешней политики; развивать умение учащихся работать с учебником электронным атласом; умение анализировать и систематизировать исторический материал; развивать умение работать с историческими источниками умение составлять систематические схемы и таблицы развивать умение учащихся высказывать свою точку зрения подтверждая её фактами; воспитывать учащихся в духе патриотизма. Мазепы гетманом. Внутренняя и внешняя политика Ивана Мазепы.
54294. Кто же он, Иван Мазепа? ( Гетьманщина в конце 17-в нач. 18 вв. И. Мазепа) 38.5 KB
  Интерактивная часть Ведущий представляет участников токшоу и приглашает озвучить результаты работы. Ведущий: Слово предоставляется группе социологов. Ведущий: А теперь я прошу всех занять места в зале в соответствии голосованию за против не определился. Ведущий: Я выражаю огромную благодарность докладчикам за такие содержательные факты.
54295. Meals 55.5 KB
  Look at the first page of our magazine. There is a basket full of words (вивішується перша сторінка журналу) Lets repeat them after the record in a quick way/ (Звучить магнітофонний запис) Soup, pie, salad, cutlet, beefsteak, juice, potatoes, milk, porridge, beetroot soup, sausage, minerals, corn flakes, spaghetti.