Рубрика:
Лабораторная работа 4-10.
Исследование поглощения гамма-излучения различными строительными материалами.
Цель работы
: определение линейного коэффициента поглощения и толщины слоя половинного ослаб-
ления.
Приборы и принадлежности
: счетчик Гейгера - Мюллера, секундомер, радиоактивный препарат, пла-
стины исследуемых материалов, выпрямитель, частотомер электронно-счетный ЧЗ-32.
Многочисленные ядерные превращения сопровождаются излучением гамма-квантов. При прохожде-
нии гамма-лучей через вещество фотоны вступают во взаимодействие с атомами вещества. При этом гамма-
квант или поглощается целиком, или теряет часть своей энергии, изменяя направление
распространения. Таким
образом, по мере прохождения через вещество число квантов в первоначальном пучке уменьшается. Соответ-
ственно, уменьшается и интенсивность пучка. Интенсивность пучка измеряется энергией, переносимой гамма-
квантами в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную пучку. Уменьшение интенсивно-
сти J в зависимости от толщины слоя вещества происходит по экспоненциальному закону:
x
o
eJJ
μ
−
=
(43)
где
o
J
- начальная интенсивность пучка;
J - интенсивность пучка после прохождения слоя вещества толщиной х;
μ
- коэффициент поглощения, зависящий от свойств вещества и энергии гамма-квантов.
Из формулы (43) видно, что при толщине слоя вещества Х, равной
μ
1
, интенсивность пучка убывает в е раз
(е=2,72). Ослабление пучка обусловлено тремя основными процессами взаимодействия гамма-квантов с веще-
ством:
1. Фотоэффектом (ослабление характеризуется коэффициентом
ф
μ
)
2. Рассеянием гамма-квантов на свободных электронах - эффект Комптона (ослабление характеризуется коэф-
фициентом
к
μ
).
3. Рождением пар "электрон - позитрон" (ослабление характеризуется коэффициентом
n
μ
).
Полный коэффициент ослабления может быть представлен в виде:
пкф
μ
μ
μ
μ
+
+
=
(44)
Эти коэффициенты пропорциональны массе вещества, поэтому часто вводятся так называемые массо-
вые коэффициенты ослабления
ρ
μ
(
ρ
- плотность вещества). Пользуются также коэффициентами ослабления, рассчитанными на один атом
а
σ
и
на один электрон
э
σ
:
Ν
Α
=
ρ
μ
σ
а
(45)
Ν
Α
=
Ζ
ρ
μ
σ
а
(46)
где А - масса атома элемента, из которого состоит вещество поглотителя;
N - число Авогадро;
z - порядковый номер элемента;
Из выражений (45) и (46) имеем
z
эа
⋅
=
σ
σ
(47)
Коэффициенты
a
σ
и
э
σ
имеют размерность площади (м
2
), характеризуют вероятность взаимодейст-
вия гамма-квантов с атомами или электронами вещества. Коэффициенты
a
σ
и
э
σ
называют эффектив-
ными поперечными сечениями для того или иного процесса. Они выражают вероятность осуществления
данного процесса.
Лабораторная работа 4-10.
Исследование поглощения гамма-излучения различными строительными материалами.
Цель работы: определение линейного коэффициента поглощения и толщины слоя половинного ослаб-
ления.
Приборы и принадлежности: счетчик Гейгера - Мюллера, секундомер, радиоактивный препарат, пла-
стины исследуемых материалов, выпрямитель, частотомер электронно-счетный ЧЗ-32.
Многочисленные ядерные превращения сопровождаются излучением гамма-квантов. При прохожде-
нии гамма-лучей через вещество фотоны вступают во взаимодействие с атомами вещества. При этом гамма-
квант или поглощается целиком, или теряет часть своей энергии, изменяя направление распространения. Таким
образом, по мере прохождения через вещество число квантов в первоначальном пучке уменьшается. Соответ-
ственно, уменьшается и интенсивность пучка. Интенсивность пучка измеряется энергией, переносимой гамма-
квантами в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную пучку. Уменьшение интенсивно-
сти J в зависимости от толщины слоя вещества происходит по экспоненциальному закону:
J = J o e − μx (43)
где o J - начальная интенсивность пучка;
J - интенсивность пучка после прохождения слоя вещества толщиной х;
μ - коэффициент поглощения, зависящий от свойств вещества и энергии гамма-квантов.
1
Из формулы (43) видно, что при толщине слоя вещества Х, равной μ , интенсивность пучка убывает в е раз
(е=2,72). Ослабление пучка обусловлено тремя основными процессами взаимодействия гамма-квантов с веще-
ством:
1. Фотоэффектом (ослабление характеризуется коэффициентом μф )
2. Рассеянием гамма-квантов на свободных электронах - эффект Комптона (ослабление характеризуется коэф-
фициентом μк ).
3. Рождением пар "электрон - позитрон" (ослабление характеризуется коэффициентом μn ).
Полный коэффициент ослабления может быть представлен в виде:
μ = μф + μк + μп (44)
Эти коэффициенты пропорциональны массе вещества, поэтому часто вводятся так называемые массо-
вые коэффициенты ослабления μ ρ
( ρ - плотность вещества). Пользуются также коэффициентами ослабления, рассчитанными на один атом σа и
на один электрон σэ :
μΑ
σа = (45)
ρΝ
μΑ
σа = (46)
ρΖΝ
где А - масса атома элемента, из которого состоит вещество поглотителя;
N - число Авогадро;
z - порядковый номер элемента;
Из выражений (45) и (46) имеем
σа = σэ ⋅ z (47)
Коэффициенты σa и σэ имеют размерность площади (м2), характеризуют вероятность взаимодейст-
вия гамма-квантов с атомами или электронами вещества. Коэффициенты σa и σэ называют эффектив-
ными поперечными сечениями для того или иного процесса. Они выражают вероятность осуществления
данного процесса.
