Laboratorium fizyki CMF PŁ Dzień 8.03.06 godzina 10
Transkrypt
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.