Файл: РадБезЛР.pdf

Величина 1 / равна средней длине свободного пробега фотона в веществе. При толщине слоя вещества х, равной 1 / , интенсивность пучка фотонов уменьшается в е раз (е = 2,73).

В ядерной физике толщину поглотителя принято измерять в единицах массы, которая приходится на единицу площади по всей толщине экрана, а это значит, вместо x принято брать величину d = ρx, где d – массо-

вая толщина поглотителя, г/см2 или кг/м2; ρ – плотность поглотителя, г/см3.

Проведем преобразование закона Бугера (4.2) так, чтобы в него входила массовая толщина d. Для этого показатели степени умножим и разделим на плотность поглотителя ρ:

I I0e μρx/ρ .

Величина m = / ρ (см2/г или м2/кг) называется массовым коэффи-

циентом ослабления.

Тогда для массовых величин закон Бугера будет иметь вид

В области энергии от 2 до 10 МэВ массовый коэффициент ослабления примерно одинаков для всех веществ, а защитные стенки из любых материалов эквивалентны при одной и той же массовой толщине d (кг/м2). Это означает, что независимо от используемого материала общая масса защитной конструкции будет примерно одинаковой. В то же время, как это следует из формулы m = / ρ, толщина защитной конструкции может быть уменьшена за счет выбора материала с большей плотностью.

Массовый коэффициент ослабления гамма-кванта рассчитывают по формуле (4.3):

Зная массовый коэффициент ослабления, по известным кривым зависимости m от Е можно определить энергию для моноэнергетического пучка гамма-квантов (рис. 4.5).

Линейный коэффициент ослабления (или массовый коэффициент ослабления m) характеризует процесс прохождения фотонного излучения через вещество. Он зависит от свойств среды и энергии фотонов.

В этом случае каждый акт взаимодействия фотона с атомом или электроном, независимо от того, произошло поглощение или рассеяние фотона, приводит к выводу фотона из пучка.

35

Рис. 4.5. Зависимость массового коэффициента ослабления от энергии гамма-квантов:

1 – для меди; 2 – для свинца

При прохождении гамма-квантов через тяжелые защитные стенки нельзя пренебречь рассеянными и вторичными фотонами. Хотя энергия рассеянных и вторичных фотонов ниже энергии первичных и направления их распространения произвольны, тем не менее часть этих гамма-квантов достигает границы защитной стенки, и в результате поток за пределами защиты оказывается больше, чем вычисленный по формуле

(4.2) или (4.5).

2. Приборы и принадлежности

Для исследования степени поглощения падающего потока гаммаквантов в данной лабораторной работе используется гамма-радиометр РУГ-91 «АДАНИ» Функциональная схема прибора для измерений представлена на рис. 4.6.

Принцип действия гамма-радиометра основан на анализе амплитудного распределения световых импульсов, возникающих в сцинтилляционном детекторе при попадании в него гамма-квантов.

36

Рис. 4.6. Функциональная схема гамма-радиометра РУГ-91: 1 – источник ионизирующего излучения;

2 – поглотитель (исследуемая проба); 3 – защитный свинцовый экран; 4 – защитная крышка; 5 – сцинтиллятор – CsI(Tl); 6 – световод;

7 – фотоэлектронный умножитель (ФЭУ)

Исследуемый образец (проба) 2 устанавливается на детектор (сцинтиллятор) 5 внутрь свинцового защитного экрана 3. Сверху на пробу устанавливается источник излучения. Защитный экран закрывается свинцовой защитной крышкой 4.

Световые вспышки, возникающие в сцинтилляторе 5, через световод 6 попадают на фотокатод фотоэлектронного умножителя 7 и преобразуются в электрические импульсы, которые после усиления поступают в устройство селекции.

Устройство селекции производит сортировку импульсов по их амплитудам (пропорционально энергии регистрируемых гаммаквантов). Это позволяет определить парциальные вклады изотопов цезия и калия в суммарную активность пробы.

Устройство обработки управляет работой устройства селекции и вычисляет количественные характеристики ионизирующего излучения. Устройство индикации и управления задает режим работы гаммарадиометра и индицирует на табло результат измерения.

Вся процедура измерения состоит из двух этапов: измерения фона и измерения активности образца. Причем измерение фона производится один раз, и в дальнейшем он автоматически вычитается из результатов измерения активности.

37

3.Порядок выполнения работы и обработка результатов

3.1.Подсоедините сетевой шнур к питающей сети 220 В. Нажмите кнопку «СЕТЬ». Выход гамма-радиометра на режим сопровождается звуковым сигналом и загоранием табло.

3.2.Нажмите кнопку «ФОН». Проконтролируйте включение режима по загоранию светодиода. Нажмите кнопку «K-40» или «Cs-137» (по указанию преподавателя) и кнопку времени измерения «2 МИН». В процессе измерения на табло индицируется обратный отсчет времени. Окончание измерения сопровождается звуковым сигналом и на табло высвечивается значение фона. Измеренное значение автоматически заносится в память гамма-радиометра и хранится в ней до следующего измерения фона.

3.3.Измерьте падающий поток Nc0. Для этого установите источник излучения (по указанию преподавателя) внутрь свинцового экрана и закройте защитную крышку. Нажмите кнопки «ПРОБА» и «2 МИН». Все показания занесите в таблицу.

Таблица

Измеренные и вычисленные величины

Е, МэВ

3.4.Извлеките источник из прибора. Установите поглотитель из свинцовой пластины внутрь свинцового экрана (толщина поглотителя х

38

указана на пластине), сверху на поглотитель установите источник излучения. Нажмите кнопки «ПРОБА» и «2 МИН», по окончании измерения запишите величину потока на выходе Nci.

3.5.Повторите измерения с двумя, тремя и четырьмя пластинами. В таблицу запишите суммарную толщину поглощающих пластин и величину потока на выходе Nci, соответствующую количеству поглощающих пластин.

3.6.Аналогично произведите измерения с медными пластинами.

3.7.Рассчитайте ln Nc0 .

Nci

3.8.Определите массовую толщину поглотителя d = х .

иего среднее значение для свинца и меди.

3.10.Определите линейный коэффициент ослабления = m для свинца и меди. Используя графики на рис. 4.5, установите энергию гаммаквантов.

3.11.Постройте графики зависимости ln Nc0 от массовой толщины

Nci

поглощающего слоя d для исследуемых материалов и определите массовые коэффициенты ослабления m свинца и меди по тангенсу угла наклона полученных прямых.

Контрольные вопросы

1.Что такое гамма-излучение? Особенность взаимодействия гаммаквантов с веществом.

2.Охарактеризуйте виды взаимодействия гамма-излучения с вещест-

вом.

3.Закон ослабления потока гамма-квантов слоем вещества.

4.Линейный и массовый коэффициент ослабления. Массовая толщина поглотителя.

5.Дайте пояснение, как можно применить закон ослабления в случае протяженных защитных стенок?

6.Какие эффекты наиболее характерны для взаимодействия гаммаизлучения с веществом при энергии гамма-квантов до 1 МэВ?

39