Laboratorium fizyki CMF PŁ Dzień 8.03.06 godzina 10

Laboratorium fizyki CMF PŁ
godzina 1015
Dzień 8.03.06
grupa 8
Kod ćwiczenia
Tytuł ćwiczenia
W5_b
Absorpcja elektronów w róŜnych materiałach
stałych
Wydział Elektrotechniki, Elektroniki, Informatyki i Automatyki
semestr 2
rok akademicki 2005/06
Michał Gruberski
_______ _______
imię i nazwisko
nr indeksu 131482
Radosław Kosiorek
_______ _________
imię i nazwisko
nr indeksu 131502
Tomasz Węgrewicz v
_______ _________
imię i nazwisko
nr indeksu 131587
Ocena _____
1. Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia było wyznaczenie współczynnika µ pochłaniania elektronów przez
róŜne materiały stałe, zaleŜnie od grubości ich próbek, a następnie wyznaczenie
masowego współczynnika µ* pochłaniania.
Współczynnik µ absorpcji elektronów badanych substancji wyznaczyliśmy z metody
najmniejszych kwadratów. Natomiast masowy współczynnik pochłaniania µ* ze wzoru:
1
µ[ ]
m2
m
µ *[ ] =
kg
kg
ρ[ 3 ]
m
Przy czym µ jest wyznaczonym wcześniej współczynnikiem pochłaniania elektronów
uŜytych substancji, zaś ρ – gęstością.
2. Aparatura pomiarowa uŜyta w doświadczeniu oraz
substancje badane:
Aparaturą uŜytą w doświadczeniu jest licznik Geigera-Müllera, zawierający rurkę
pomiarową zliczającą ilość docierających do niej elektronów. Istotnym elementem jest
źródło promieniowania, jakie uŜyliśmy. Dzięki niemu moŜemy wyznaczyć współczynniki
pochłaniania dla poszczególnych substancji. Jest to źródło promieniowania β (stront 90Sr o
aktywności 74 kBq).
Substancjami, jakie badaliśmy w doświadczeniu są:
•
•
•
•
Bakelit
Szkło organiczne
Papier
Aluminium
Zostały uŜyte róŜne grubości tych materiałów w celu obserwacji zmian ich absorpcji.
3. Przebieg pomiaru:
Przebieg pomiaru wykonywany był według schematu:
A. Pierwszym zadaniem, jakie wykonaliśmy był pomiar poziomu promieniowania dla
tła NT. Wyznaczyliśmy go z dokładnością do 1 minuty, a wyniki przedstawiliśmy w
tabeli poniŜej. Badanie przeprowadziliśmy 10 razy i wyznaczyliśmy średnią
promieniowania tła na minutę.
Promieniowanie tła
nT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
liczba zliczeń
13
17
16
13
20
16
18
14
18
13
tT
min
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
średnia
NT
liczba zliczeń
min
13
17
16
13
20
16
18
14
18
13
16
B. Następnym krokiem było zamontowanie źródła w specjalnym statywie. Po czym
mogliśmy dokonać pomiaru bezpośredniego promieniowania źródła 90Sr. Dane
równieŜ zebraliśmy w tabeli, a pomiar wykonaliśmy trzykrotnie. Podobnie, jak dla
promieniowania tła wyznaczyliśmy średnią.
Promieniowanie źródła (90Sr)
nT
1
2
3
liczba zliczeń
3379
3348
3345
tT
min
1
1
1
średnia
NT
liczbazliczeń
min
3379
3348
3345
3357
C. W kolejnych krokach zajęliśmy się pomiarami absorpcji poszczególnych materiałów:
bakelitu, szkła organicznego, papieru i aluminium. Dane przedstawiamy w tabeli
poniŜej, wraz z wyliczonymi dla nich wartościami, N-NT oraz ln(N-NT) i
współczynnikiem pochłaniania µ:
ln( N − N t ) = −( µ o x) + b
1
Przykład obliczeń: ln( N − N t ) = −[890,8[ ] o (1 o 10 −3 [m])] + 8,22
m
ln( N − N t ) = 7,33
4. Opracowanie wyników pomiaru:
Sporządziliśmy wykres ln(N-NT) w funkcji grubości próbki x[m].
Metodą najmniejszych kwadratów obliczyliśmy masowy współczynnik pochłaniania
µ* wraz z błędem:
Masowy współczynnik pochłaniania wynosi: µ* =(0,98 ± 0,03)[
m2
]
kg
Sporządzony wykres µ(ρ) jest zaleŜnością liniową i zaleŜy od masowego
współczynnika proporcjonalności µ* zgodnie ze wzorem: µ = µ * o ρ + b
µ = 0,98[m 2 / kg ] o 852[kg / m 3 ] − 506,24
Np.
µ = 328,72[1 / m]
5. Wnioski z przeprowadzonego doświadczenia:
Przeprowadzone doświadczenie pomaga nam w wysunięciu odpowiednich
wniosków:
•
Oddziaływanie elektronów z materią jest niewielkie w przypadku, gdy w pobliŜu nie
ma źródła emitującego silne promieniowanie (w naszym wypadku promieniowanie
β). W przeciwnym wypadku Oddziaływanie źródła na absorbent jest duŜe.
•
Na wielkość absorpcji elektronów mają w szczególności wpływ rodzaj substancji
absorbującej, (czym wyŜszy współczynnik pochłaniania, tym więcej elektronów
pochłania) oraz grubość materiału (im grubsza warstwa materiału, tym więcej
elektronów absorbuje).
•
Do najlepszej ochrony przed promieniowaniem nadają się substancje o duŜym
współczynniku pochłaniania (np. aluminium, bakelit). Wystarczy nieduŜa grubość
ochronnej substancji, aby elektrony zostały pochłonięte prawie w całości przez
osłonę. Oczywiście moŜna wykorzystać takie substancje jak papier (o małym
współczynniku), ale naleŜałoby bardzo zwiększyć grubość ochronnych ścianek.
Warto równieŜ zastanowić się nad wytrzymałością mechaniczną danych
materiałów. WaŜnym czynnikiem doboru jest rodzaj źródła promieniowania i jego
aktywność promieniotwórcza, a co za tym idzie ilość elektronów do pochłonięcia.
•
Wpływ na pomiary miały subiektywne błędy odczytu i doboru momentu startu
licznika.
•
Dlaczego mogliśmy popełnić błędy?:
•
Wpływ zakłóceń aparatury zakłóceń innych stanowisk na naszą.
•
Drgania stołu.
•
Spory wpływ mogło mieć to, Ŝe absorbenty nie były jednolitymi blokami, by
uzyskać grubość większą niŜ 1 o 10 −3 m uŜywaliśmy kilku płytek.
•
Błędy zliczania licznika Geigera-Müllera.
•
Na stanowisku mieliśmy zegarek ze świecącymi wskazówkami emitujący
promieniowanieβ.