Nazwisko i Imię Ocena końcowa Temat: Wyznaczanie energii
Transkrypt
Nazwisko i Imię Ocena końcowa Temat: Wyznaczanie energii
Poniedziałek 1400–1700 Wydział Fizyki Ocena z przygotowania Nazwisko i Imię Ocena ze sprawozdania Nr zespołu 10 Ocena końcowa 1. Janik Małgorzata 2. Janeczko Mariusz Prowadzący: Podpis prowadzącego: Temat: Wyznaczanie energii promieniowania gamma metodą scyntylacyjną. Celem ćwiczenia jest wyznaczenie energii promieniowania gamma, obserwacja zjawisk towarzyszących promieniowaniu jonizującemu kształtem widm scyntylacyjnych oraz zapoznanie się z aparaturą i metodologią pomiarową. Podstawy fizyczne obserwowanych zjawisk: 1. Zjawisko Fotoelektryczne polega na emisji elektronów z powierzchni przedmiotu (tzw. efekt zewnętrzny) lub na przeniesieniu nośników ładunku elektrycznego pomiędzy pasmami energetycznymi (tzw. efekt wewnętrzny), po naświetleniu jej promieniowaniem elektromagnetycznym (np. światłem widzialnym) o odpowiedniej częstotliwości, zależnej od rodzaju przedmiotu. Energia kinetyczna fotoelektronów nie zależy od natężenia światła ,a jedynie od jego częstotliwości. Zjawisko fotoelektryczne opiera się na założeniu, że energia wiązki światła pochłaniana jest w postaci porcji (kwantów) równych hν, gdzie h jest stałą Plancka a ν oznacza częstotliwość fali. Usunięcie elektronu z metalu (substancji) wymaga pewnej pracy zwanej pracą wyjścia, która jest wielkością charakteryzującą daną substancję, pozostała energia rozprasza się częściowo w substancji a częściowo pobiera ją emitowany elektron. Z tego wynika wzór: hν=W E k 2. Zjawisko Comptona polega na rozpraszaniu fotonów promieni X, czyli kwantów promieniowania o dużej energii, na swobodnych lub słabo związanych elektronach w wyniku którego promieniowanie elektromagnetyczne zwiększa długość fali (traci energię). O elektronach tych zakłada się, że ich ruch przed rozproszeniem jest na tyle powolny, że można przyjąć ich prędkość jako równą zeru (w przypadku gdy elektron ma pęd większy niż foton mówi się o odwrotnym rozpraszaniu Comptona, a energia ich wiązania jest pomijalna. Po rozproszeniu foton zmienia swoją energię, przeciwnie niż w rozpraszaniu Rayleigha, w którym nie traci energii. Zmiana długości fali, zwana przesunięciem Comptona jest związana ze zmianą kierunku biegu fotonu zależnością: Δλ= λ '−λ=λ c 1−cosθ ∣ΔE∣= hc⋅λ c 1−cosθ λ⋅ λλ c 1−cosθ gdzie: λ- przesuniecie Comptona, θ- kąt rozproszenia, λc- stała długość Comptona dla elektronu 3. Kreacja par - proces odwrotny do anihilacji polegający na powstaniu pary cząstka-antycząstka z energii dostarczonej przez kwant gamma jeżeli ta przekracza 1,022 MeV czyli sumę energii spoczynkową pary elektron pozyton. Kreacja pary cząstka-antycząstka jest trwała, ponieważ spełniona jest zasada zachowania energii (oraz wiele innych) - tak dzieje się na przykład w akceleratorach. Przykładem jest powstanie pary mion-antymion w wyniku zderzenia elektron-pozyton: Schemat blokowy aparatury: Metoda pomiarowa: By zmierzyć energię promieniowania gamma stosujemy metodę scyntylacyjną. Metoda ta polega na wycechowaniu aparatury na podstawie dwóch znanych pierwiastków (ich energii i numeru kanału) ,a następnie dzięki wyznaczonej prostej teoretycznej możemy wyznaczyć energię dowolnego pierwiastka. Wyniki pomiarów: K – Numer kanału E – Energia (w MeV) E(MNK) – Energia uzyskana przy użyciu metody najmniejszych kwadratów Δ(MNK+), Δ(MNK-) - Błędy wyliczenia energii. Na podstawie poprzednich wyliczeń obliczamy energię sodu: Pomiary energii pozostałych pierwiastków i ich wykresy N(E): Wnioski: Powyższe wyniki potwierdzają skuteczność metody scyntylacyjnej, ponieważ są one w większości zgodne z przewidywaniami teoretycznymi. Dla izotopu cezu Cs-137 otrzymaliśmy prążek rozpraszania wstecznego o energii 0,214 MeV oraz prążek absorpcji całkowitej o energii 0,659 MeV. Dla izotopu kobaltu Co-60 otrzymaliśmy prążek rozproszenia wstecznego o energii 0,22 MeV oraz dwa prążki absorpcji całkowitej o energiach 1,175 MeV i 1,327 MeV. Dla izotopu sodu Na-22 otrzymaliśmy prążek anihilacyjny 0,458 MeV oraz prążek absorpcji całkowitej 1,273 MeV. Prążka sumarycznego nie obserwujemy w żadnym z badanych izotopów. ● ● ● Prążek rozpraszania wstecznego obserwujemy dzięki istnieniu kwantów rozproszenia wstecznego (kwantów comptonowskich). Prążek absorpcyjny powstaje w wyniku procesów , podczas których kwant gamma traci całkowicie energię w scyntylatorze i żaden kwant comptonowski nie wydostaje się poza scyntylator. Prążek anihilacji powstaje w wyniku zamiany pary elektron-pozyton na dodatkowe dwa kwanty gamma, z których tylko jeden trafia do scyntylatora. Literatura (Laboratorium fizyki jądrowej, J. Aramowicz) podaje wartość energii sodu 1,2745 MeV. W wyniku doświadczeniu otrzymaliśmy 1,27325 ±0,0302, co potwierdza skuteczność metody. Bibliografia: 1. Instrukcja do ćwiczenia 41/B: Wyznaczanie energii promieniowania gamma metodą scyntylacyjną , Wiesław Tłaczała. 2. http://www.wikipedia.pl 3. Laboratorium fizyki jądrowej, J. Aramowicz, K. Małuszyńska, M. Przytuła.