УПРАЖНЕНИЕ 16. ОПРЕДЕЛЯНЕ ЕНЕРГИЯТА НА ГАМА-ЛЪЧИ ПО СЛОЯ НА ПОЛУОТСЛАБВАНЕ

Цел на упражнението е изучаване взаимодействието на  -лъчи с веществото в т. нар. геометрия на преминаване и прилагането на един стар и прост метод за определяне енергията на -източник.

Теоретични бележки

Интензитетът на тесен, успореден, моноенергетичен сноп -лъчи отслабва при преминаване на -лъчите през слой вещество с дебелина d по експоненциален закон (вж. Допълнение 2):

(ІІ.41)                                                                    I(d) = I₀e^d .

Тук I₀ е началният интензитет, а   пълният коефициент на отслабване, който отчита всички взаимодействия на -лъчите при преминаване през веществото. Пълният коефициент на отслабване се дава с

(ІІ.42)                                                                                     ,

където _i = n_I, n е броят атоми в единица обем от веществото, а _i  парциалното ефективно сечение за съответния процес на взаимодействие.

Основните процеси, водещи до отслабване в интензитета на падащия сноп -лъчи, са фотоефект, ефект на Комптън и възникване на двойка електронпозитрон. Приносът на всеки от тези три процеса съществено зависи от енергията на -лъчите и от атомния номер на веществото.

Експерименталното определяне на слоя на полуотслабване се свежда до следното. Измерва се интензитетът на сноп -лъчи в зависимост от дебелината на няколко поглътителя от един и същ материал. Построява се зависимостта на отслабването на интензитета от дебелината на поглътителите в полулогаритмичен мащаб. Получената графика представлява права с ъглов коефициент, равен на коефициента на отслабване за съответното вещество (линеен, ако дебелината е дадена в метри, или масов, ако се работи с масова дебелина). Слоят на полуотслабване се получава от израза

d_1/2 = ln2/ .

Опитна постановка

Опитната постановка е дадена схематично на фиг. ІІ.20. Използва се сцинтилационен детектор с кристал NaI(Tl) и фотоелектронен умножител. Измерванията се провеждат в условия на добра геометрия (положение І), което означава отделяне на тесен сноп -лъчи с помощта на оловен колиматор и се ограничава попадането в детектора на -лъчи, разсеяни от поглътителите и защитата. При дебелина на поглътителите, превишаваща дължината на средния свободен пробег на -лъчите  = 1/ в съответното вещество, значителна роля играе многократното разсейване.

Изпълнение на упражнението

1. Измерва се пълният спектър на моноенергетичния източник на -лъчи ¹³⁷Cs. Чрез подходящ избор на праг и прозорец на едноканалния амплитуден анализатор (ЕАА) регистрирането на импулси се ограничава само в областта на фотопика. Всички следващи измервания на преминалите през поглътителите -лъчи се извършват за така избрания енергетичен интервал (режим на диференциално броене с широк прозорец, покриващ пика на пълното поглъщане).

2. Измерва се фонът със статистическа точност 3 %.

3. Поставя се радиоактивният източник и се измерва скоростта на броене без поглътители с точност 13 %.

4. Между източника и детектора се поставят последователно тънки оловни пластинки и се измерва скоростта на броене със същата точност. Прави се корекция за фон.

5. Същата процедура се повтаря за медни пластинки.

6. Построяват се кривите на отслабване за олово и мед в полулогаритмичен мащаб и се определят коефициентите на отслабване за двата метала.

7. Пресмята се дебелината на слоя на полуотслабване за оловен и меден поглътител. С помощта на номограмата от фиг. ІІ.21 се определя енергията на -лъчите.

8. Определят се ефективните сечения за олово и мед.