Skripta lcv atomistika

6. ZPĚTNÝ ROZPTYL ZÁŘENĺ BETA

1. Zadání.

A) Změřte závislost koeficientu odrazu záření beta q = q(Z,d) na tloušťce odrážející vrstvy hliníku (protonové číslo Z = 13).

B) Změřte závislost koeficientu odrazu pro nasycené četnosti q(Z,d_n) na protonovém čísle Z odrážejících materiálů

2. Přístroje a zařízení
Zdroj záření beta, sada fólií Al různých tlouštěk, fólie z kovů (Ag, Cu, Ti, Fe, Pb), detektor záření beta, elektronická aparatura (zdroj VN, zesilovač, diskriminátor, čítač, viz obr.1), mikrometr.
Obr.1 Blokové schéma detekční aparatury



3. Definice veličin
- Koeficient odrazu záření beta q(Z,d) od podložky s protonovým číslem Z a tloušťce d definujme jako podíl hustoty toku částic ( Z,d), které dopadnou na detektor v případě, že zářič leží na podložce z materiálu s protonovým číslem Z a tloušťky d, a hustotou toku částic (0,), které dopadnou na detektor, pokud je pod zářičem vakuum nekonečné tloušťky
q(Z,d) = . (1)
- Hustota toku charakterizuje vícesměrové pole záření. V definici dN má význam počtu částic, které ze všech směrů padají na hlavní řez koule o obsahu hlavního řezu da za dobu dt. Jednotkou hustoty toku je m^-2.s^-1. Ne zcela přesně řečeno se hustota toku číselně rovná počtu částic, které za jednotku času projdou ze všech možných stran koulí o jednotkovém průřezu.

4. Metoda měření
Z definice (1) vyplývá, že q(Z,d) je číslo větší než 1, protože je-li pod zářičem odrážející materiál, dopadají do detektoru částice beta nejen přímo, ale také po zpětném rozptylu. Největší hodnoty dosahuje koeficient odrazu pro nasycenou tloušťku d_n odrážejícího materiálu.

Odraz resp. zpětný rozptyl záření beta je důsledek jeho interakcí záření s látkou. Při průchodu částic beta látkou se jednak zmenšuje jejich energie a jednak se v elektrickém poli atomů odchylují od původního směru. Po rozptylu, který je zpravidla mnohonásobný, se částice beta pohybují různými směry a u jejich jisté části dochází ke změně směru pohybu o úhel větší než 90 - dojde ke zpětnému rozptylu.

Tento jev vykazuje některé zákonitosti:

- Počet rozptýlených částic beta dosahuje maxima pro úhel rozptylu 180 stupňů (s výjimkou materiálů s nízkým protonovým číslem).

- Počet odražených částic beta roste s tloušťkou odrážejícího materiálu, až při určité tloušťce dosahuje nasycení a dále se nemění.

- Zpětný rozptyl se zvyšuje s protonovým číslem Z odrážejícího materiálu.

Měření koeficientu q(Z,d) provedeme na základě definičního vztahu (1). Protože platí úměrnost mezi hustotou toku částic a naměřenou četností impulzů n, vyjádříme koeficient odrazu q(Z,d) pomocí četností impulzů
q(Z,d) = . (2)

5. Pokyny pro měření
a) Četnost n(Z,d) měříme tak, že zářič vložíme pod detektor, do polohy označené na stojánku , pod zářič vložíme příslušnou vrstvu materiálu viz obr.3.

b) V případě úkolu A) postupně zvětšujeme tloušťku hliníkových plechů. umisťovaných pod zářič až do nasycené tloušťky, kdy četnost n(Z,d) již neroste.

c) V případě úkolu B) vkládáme materiály o různém Z, jejichž tloušťka je nejméně nasycená.

d) Četnost potřebnou pro vyjádření q(Z,d) přímo nezměříme. Určíme ji ze závislosti , tj. z grafu měření četností při odrazu od podložky tloušťky d > d_n (nasycená tloušťka) materiálu s protonovým číslem Z. Závislost extrapolujeme pro Z=0.

e) Při manipulaci se zářičem dbejte na opatrnost, aby nedošlo k jeho poškození.

f) Pro kontrolu stability některé z měření občas zopakujeme. Opakovaná měření by se měla od sebe lišit v rámcích předpokládaných statistikou.

g) Uvážíme nutnost opravy o četnost pozadí.

Obr.2 Závislost

a její extrapolace

Obr.3 Uspořádání detektoru,zářiče

a odrazového materiálu



6. Pokyny pro zpracování
a) Naměřenou závislost n(Z,d_n) pro různé materiály vyneseme do grafu. a extrapolujeme hodnotu jako průsečík prodloužené křivky se svislou osou n(Z,d_n) - viz obr.2.

b) Takto získanou hodnotu použijeme pro výpočty q(Z,d) dle vztahu (2).Výsledek graficky znázorněte.

c) Závislost q(Z=13,d) pro hliník vyneseme rovněž do grafu. Odhadněte a v grafu vyznačte chybu veličiny q(Z,d).

d) Změřené a vypočítané veličiny zaznamenejte do vhodné tabulky.