Короткі теоретичні відомостіСтр 1 из 2Следующая ⇒
Лабораторна робота №1
Визначення енергії гамма-квантів По поглинанню в речовині
Мета роботи: визначення енергії гамма-квантів невідомого радіоактивного джерела з моноенергетичним спектром.
Короткі теоретичні відомості
Гамма-кванти — це жорстке електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі l меншою, ніж у рентгенівських променів (рентгенівські промені мають діапазон довжин хвиль приблизно 50—10-3 нм, а для гамма-квантів l<10-2 нм). Вони виникають або при гальмуванні в речовині заряджених частинок з великою енергією або при внутрішньоядерних переходах. Джерелом гамма-квантів можуть бути космічні промені. Гамма-кванти можуть народжуватися в результаті руху заряджених частинок в сильному електромагнітному полі. Оскільки гамма-кванти мають нульову масу покою та рухаються зі швидкістю світла, то їх поступове уповільнення неможливе. При взаємодії з речовиною потік гамма-квантів зменшується за рахунок трьох можливих механізмів: 1) повністю поглинаються внаслідок фотоефекту, 2) розсіюються, змінюючи напрямок імпульсу та зменшуючи енергію внаслідок комптон-ефекту, 3) перетворюючись в електрон-позитронну пару ( при енергії кванту більше 1.02 МеВ = 2moc2 ). Очевидно, що зменшення кількості гамма-квантів dN в пучку при проходженні через шар речовини пропорційне до частоти зіткнень гамма-квантів з електронами та ядрами речовини. Кількість таких зіткнень пропорційна до кількості N квантів в пучку та до товщини dx шару речовини, через який проходять гамма-кванти (1) де коефіцієнт пропорційності μ — називається лінійний коефіцієнт поглинання гамма-квантів речовиною, і залежить від енергії гамма-квантів та атомарного складу речовини. Цей коефіцієнт характеризує ймовірність процесу взаємодії гамма-квантів з речовиною. Знак “мінус” виникає тому, що потік гамма-квантів при проходженні через речовину зменшується. Після інтегрування рівняння (1) можна переписати наступним чином: (2) Поділивши праву та ліву частину рівняння (2) на час, отримаємо вираз для інтенсивності: (3)
Рис. 5. Залежність швидкості рахунку гамма-квантів від товщини поглинача
Взявши логарифм, можна отримати лінійний коефіцієнт поглинання: (4) Але для отримання більш точного значення лінійного коефіцієнта поглинання треба скористатися методом найменших квадратів (МНК). Після знаходження значення μ треба скористатися залежністю від енергії (рис. 7) для отримання шуканої енергії гамма-квантів. Лінійний коефіцієнт поглинання μ в багатьох випадках не зовсім зручний параметр для розрахунків (наприклад у випадках складного хімічного складу поглинача). Для цього використовується інший параметр — атомний коефіцієнт поглинання, фізичний зміст якого є імовірність взаємодії гамма-квантів з речовиною, розрахована на один атом речовини. Для цього треба розділити лінійний коефіцієнт поглинання на концентрацію речовини n, а для того, щоб показник експоненти в рівнянні (3) не змінився, треба і помножити на n. Формула (3) переписується у вигляді , (5) де σ = μ/n — ефективний переріз взаємодії γ-квантів з атомом даної речовини. Фізичний зміст σ — ймовірність процесу взаємодії гамма-квантів з речовиною. Ефективний переріз взаємодії має розмірність площі [см2], як добре видно з формули (5). Але така одиниця вимірювання аж ніяк не характеризує розмір атомів. Типовий порядок величини σ є 10-24 см2. Тому в ядерній фізиці спеціально прийнята розмірність ефективного перерізу взаємодії [барн]: 1 б = 10-24 см2. Основними механізмами взаємодії гамма-квантів з речовиною є: фотоефект, комптонівське розсіювання та народження електронно-позитронних пар. Кожен з цих механізмів можна характеризувати своїм так званим парціальним ефективним перерізом: σф, σк таσе. з умовою нормування σ =σф +σк +σе Кожен з цих парціальних перерізів має певну свою залежність від енергії гамма-квантів. Наприклад, на рис. 6 зображені атомні коефіцієнти поглинання для свинцю в залежності від енергії гамма-кванту. Рис. 6. Залежність атомних коефіцієнтів поглинання гамма-квантів від енергії: σф, σк, σе — атомні коефіцієнти поглинання, які зумовлені відповідно фотоефектом, комптон-ефектом та народженням електронно-позитронних пар; σ — повний атомний коефіцієнт поглинання
Таблиця 2.Повні атомні ефективні перерізи (барн) взаємодії гамма-квантів з речовиною
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|