Elevinstruktion GDM 10
2 Gammastrålningens absorption i
olika material
2.1 Laborationens syfte
Att undersöka absorptionen av gammastrålning i bly, aluminium eller andra material.
Att bestämma halvvärdesstjockleken och den linjära absorptionskoefficienten.
2.2 Materiel
NaI-detektor med tillbehör, dator, preparat av 137Cs och 10 - 20 bleck av varje material (antal och
tjocklek beror av materialets absorptionsförmåga). Stativ för preparat och blecken, mikrometer,
millimeter- och lin-log-papper.
2.3 Teori
För absorptionen av gammastrålning i materia gäller
I = I0e-μx
där
I0
I
x
μ
(1)
är intensiteten före inträdet i det absorberande materialet
är intensiteten efter passagen av absorbatorn
är absorbatorns tjocklen
den linjära absorptionskoefficienten för absorbatormaterialet
Om ekvation (1) logaritmeras fås:
ln I = ln I0 - μx
(2)
Jämförs (2) med den räta linjens ekvation y = kx + m inses att (2) är en rät linje i ett koordinatplan
med linjär x-axel och logaritmisk y-axel (log I-axel). För linjens riktningskoefficient k gäller att
© 1998 GAMMADATA
Manualversion 1.1
k = -μ
(3)
Gammadata
8
Elevinstruktion GDM 10
Man anger ofta ett materials absorptionsförmåga med hjälp av halvvärdestjockleken (X1/2), dvs
den tjocklek som absorberar halva strålningsintensiteten. Halvvärdestjockleken kan relateras till
absorptionskoefficienten μ genom ekvation (2):
ln (I0/2) = ln I0 - μX1/2
(4)
Om halveringstjockleken bestäms experimentellt ger (4) att μ kan beräknas enligt
μ = (ln2)/X1/2
(5)
μ kan alternativt bestämmas ur (3) med hjälp av den räta linjens (2) riktningskoefficient. Båda sätten
kan med fördel användas i laborationen.
2.4 Utförande
I denna laboration kan man använda sig av en horisontell eller vertikal experimentuppställning beroende på hur preparathållaren och stativet för absorbatorblecken ser ut. Figur 4 visar schematiskt
hur uppställningen kan se ut.
Preparat
Detektor
Absorbatorbläck
Stativ
Figur 4.
För varje absorbatortjocklek tas ett spektrum. Välj några olika absorbatortjocklekar, cirka 8 stycken.
Mättiden hålls konstant till cirka 30 sekunder. Använd möjligheten att ta upp ett spektrum under
förbestämd tid med hjälp av kommandot Insamling Förbestämd tid. Bestäm sedan i varje
spektrum antalet pulser i fototoppen (använd centroidrutinen Beräkna Centroid). För in fototoppens
”area” för varje spektrum i tabellen nedan.
Absorbatorns
tjocklek (mm)
© 1998 GAMMADATA
Manualversion 1.1
Antal pulser
Gammadata
9
Elevinstruktion GDM 10
Rita ett diagram på millimeterpapper med antalet pulser på den vertikala axeln och absorbatortjockleken på den horisontella axeln. Rita sedan ett diagram på lin-log-papper med samma axelval.
Beskriv i korta ordalag grafernas utseende.
Eftersom intensiteten är proportionell mot antalet uppmätta pulser kan lin-log grafen direkt användas till
att bestämma halveringstjockleken. Beräkna sedan absorptionskoefficienten enligt ekvation (4).
Den fullständiga redovisningen av beräkningen och resultatet bifogas svaren på frågorna.
2.5 Frågor om gammastrålningens absorption i olika material
Fråga 1.
Försök att härleda ekvationen (5) ur ekvationen (4)
ln (I0/2) = ln I0 -μX1/2
μ = (ln2)X1/2
(4)
(5)
Fråga 2a. Beräkna hur tjock blyvägg som krävs för att nedbringa intensiteten till en tusendel av det
ursprungliga värdet.
μPb = 1,22 cm-1
för gammaenergi 0,66 MeV.
Fråga 2b. Beräkna hur tjock aluminiumvägg som krävs för att nedbringa intensiteten till en tusendel
av det ursprungliga värdet.
μA1 = 0,208 cm-1
för gammaenergi 0,66 MeV.
Fråga 2c. Beräkna hur många meter luft som krävs för att nedbringa intensiteten till en tusendel
av det ursprungliga värdet.
μluft = 0,000112 cm-1
för gammaenergi 0,66 MeV.
Fråga 3a. Hur stor del av gammastrålningens intensitet återstår efter passagen genom 20 cm luft?
Fråga 3b. Hur stor del av gammastrålningens intensitet återstår efter passagen genom 20 cm bly?
© 1998 GAMMADATA
Manualversion 1.1
Fråga 4.
I laborationen mäts gammastrålningens intensitet genom att summera antalet pulser i
strålningens fototopp. Varför sätter man inte ett fönster över hela spektret och räknar alla
pulser i spektret?
Gammadata
10
