Úkol měření

1. Změřte intenzitu γ–zářiče jako funkci vzdálenosti zářiče a čítací trubice. Určete mocninu r v této funkci.
2. Změřte absorpční koeficient přiložených vzorků.

Popis metody měření

Nejčastěji se pro detekci ionizujícího záření pužívají Geiger-Müllerovy čítače. Jejich čidlem je čítací trubice, která se skládá z válcové katody a vláknové anody mezi nimiž je napětí kolem 600 V. Na jedné základně válce je vstupní okénko, na protější je přívod kabelu. Trubice je plněna argonem o nízkém tlaku s vhodnými příměsemi.

Vnikne-li do trubice ionizující částice způsobí primární ionizaci. Poté následuje lavinovitá ionizace. Proudový impuls vytvoří na odporech impuls napěťový, který se po zesílení započítá. Proces ionizace ukončí buď samozhášecí náplň nebo elektroický obvod. Až potom je čítač připraven k registraci další částice. Po jistou dobu (nazýváme ji rozlišovací dobou nebo mrtvou dobou čítače) toho není schopen.

Čítač, který budete při měření používat je výrobkem německé firmy PHYWE. Čítací trubice je k němu připojena kabelkem přes BNC konektory. Použijeme napájení ze sítě. Síťový napaječ bude zasunut do konektoru 9 V DC.

Čítač má tvar nízkého kvádru, na jehož horní základně jsou ovládací tlačítka zprava postupně: napájení, volba času, po který měření trvá (10 s, nekonečno), start/stop, nulování, zvuková signalizace. Pokud displej nevynulujete, při dalším startu se k němu nové pulsy přičítají.

Podobně jako u jiných druhů záření použijeme pojmu intenzity. Naměřená intenzita I bude rovna počtu naměřených pulsů za jednotku času a bude úměrná aktivitě A

kde dN_m je střední počet měřených interakcí záření s čidlem v časovém intervalu dt a dN je střední počet samovolných jaderných přeměn, k nimž dojde v témže časovém intervalu dt. Platí přitom dN_m << dN, neboť čidlo může zaregistrovat částice jen z malého prostorového úhlu a částice s nižší energií nemusí být zaregistrovány.

Pozadí je průměrná intenzita impulsů zjištěná v případě, že v blízkosti čítací trubice není žádný zdroj ionizujícího záření. Je zapříčiněno především kosmickým zářením a stopami přírodních radioaktivních látek, které se v okolí sondy případně v materiálu sondy nacházejí.Při přesném měření, popř. při malých intenzítách musíme k němu přihlédnout.

Závislost intenzity bodového zářiče na vzdálenosti od zdroje záření

Předpokládejme, že máme bodový zářič ve společném středu dvou kulových ploch k₀ a k o poloměrech r₀ a r. Dále předpokládejme, že nedochází k úbytku částic záření na ploše k₀. Potom celkový počet částic N_c dopadajících na obě plochy za týž časový interval je stejný. Plošná hustota záření je však na obou plochách různá:

Počet registrovaných částic čidlem plochy S je v jednotlivých případech

Po úpravě obdržíme

Mezi intenzitami I a I₀ bude platit vztah

což představuje matematické vyjádření poznatku, že intenzita bodového zářiče klesá se čtvercem vzdálenosti. Vzhledem k tomu, že I ≈ N_m, postačí ověřit vztah N_m = N_m0⋅r₀²/r² = a/r²

Při měření budete používat zářiče Co-60, který po odstínění záření β pracuje jako γ-zářič.

Předpokládejme, že mocnina vzdálenosti vzdálenosti r ve ztahu N_m = N_m0⋅r₀²/r² = a/r² je pro nás neznámá, označíme ji tedy obecně b. Pak

Pokud rovnici zlogaritmujeme

a zavedeme substituci Y = log N_m, X = log r, A = log a, obdržíme rovnici přímky

Její směrnice je hledanou mocninou r. Pokud jsme se nedopustili hrubé chyby b ≅ −2.

Měření absorpce záření γ

Gama záření je elektromagnetické záření o vysoké frekvenci. Při průchodu hmotným prostředím dochází k interakci s atomy látky, následkem které dochází k absorpci záření gama. Intenzita klesá exponenciálně:

kde I₀ je intenzita před absorpcí a I je intenzita po průchodu absorpční látky tloušťky x, b je absorpční koeficient dané látky.

Vzhledem k tomu, že I ≈ N_m, bude i pro počty naměřených pulsů platit

Popis experimentu

Změřte intenzitu γ–zářiče jako funkci vzdálenosti zářiče a čítací trubice. Určete mocninu r v této funkci.

1. Odstínění záření β je provedeno na čítací trubici trvale hliníkovou krytkou.
2. Vyjměte zářič z kontejneru šroubovým pohybem a umístěte jej do objímky vozíčku. Páčkou na přípravku zkontrolujte funkčnost pohybu.
3. Pro různé vzdálenosti proveďte nejméně tři měření po dobu 10 s, které při zpracování zprůměrujte.
4. Vzdálenosti volte promyšleně. Vzhledem k chybě, která vzniká tím, že zářič a sonda nejsou přesně souosé, měřte od vzdálenosti 100 mm do vzdálensoti kdy změřená intenzita klesne pod 10 %.
5. Zobrazte závislost v logaritmických souřadnichích. Směrnice získané přímky bude exponentem vzdálenosti r.

Změřte absorpční koeficient přiložených vzorků.

1. Změřte toloušťku absorbujících vzorků, každý vzorek jedenkrát.
2. Umístěte čítací trubici do otvoru. Vyjměte gama zářič z pouzdra a bez otálení ho zaštroubujte do druhého otvoru. Zářič musí přes oba otvory ozařovat čítací trubici.
3. Vložte absorpční destičku měřeného materiálu a změřte I. Měření I opakujte nejméně třikrát po dobu 10 s.
4. Přidejte další absorpční destičku téhož materiálu a opět změřte třikrát I. Postup opakujte až pro 5 destiček.
5. Stejným způsobem proměřte další zvolený materiál, každý student změří nejméně dva vzorky.
6. Na semilogaritmický papír vyneste závislost I = I(x) všech měřených materiálů a určete jejich absorpční koeficienty b (směrnice získané přímky).
   Výsledky porovnejte.

Naměřené hodnoty a jejich zpracování

Měřící přístroje

• Geiger-Müllerovy čítač
• Čítací trubice
• BNC kabel
• Ocelová měrka
• Mikrometr

Zhodnocení výsledků měření

V prvním úkolu jsem změřil intenzitu zářiče ve zvzdálenostech od 10 do 30 cm. Vždy jsem měřil tři hodnoty, ty jsem pak zprůměroval a vynesl do grafu. Z grafu jsem určil směrnici přímky b = −2,3606.

V druhém úkolu jsem měl zjistit absorpční koeficienty různých látek. Zvolil jsem si ocel a olovo. Absorpční koeficient ocele je 0,0243. Absorpční koeficient olova je 0,0549. Z toho je jasné, proč se stěny protiatomových krytů vystužují právě olovem.