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⋅ λλ 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.