Laboration 36: Nils Grundbäck, e99 Gustaf Räntilä, e99 Mikael Wånggren, e99 8 Maj, 2001 Stockholm, Sverige

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Laboration 36: Nils Grundbäck, e99 ngr@e.kth.se Gustaf Räntilä, e99 gra@e.kth.se Mikael Wånggren, e99 mwa@e.kth.se. 8 Maj, 2001 Stockholm, Sverige"

Leif Bergström
för 8 år sedan
Visningar:

1 Laboration 36: Kärnfysik Nils Grundbäck, e99 Gustaf Räntilä, e99 Mikael Wånggren, e99 8 Maj, 2001 Stockholm, Sverige Assistent: Roberto Liotta Modern fysik (kurskod 5A1240), KTH/Fysik

2 Inledning Detta är en rapport på laborationen Kärnfysik i kursen Modern fysik (kurskod: 5A1240) vid Kungliga Tekniska Högskolan (KTH). Laborationen var uppdelad i tre delar. Uppgift De tre delluppgifterna var: A Gammaspektrum B Aktivering med neutroner C Gammaabsorption A Gammaspektrum Teori Vid sönderfall av ett radioaktivt ämne bilas γ-strålning, som kan mätas med en scintillatoinsdetektor. Detektorn är kopplad till ett datorprogram som ritar ut antalet pulser vid respektive spänning. Eftersom det alltid finns en viss bakgrundsstrålning anpassas mätningarna efter denna. Utförande Först började vi mäta bakgrundsstrålningen i 3 minuter, för att ha få en referensstrålning att sedan bortse ifrån. Vi mätte sedan ett känt preparat ( 22 Na). Sedan kalibrerades mätningarna med 60 Co efter detta resultats toppar och jämfördes med Table of Isotopes, Toi. Vidare mätte vi aktiviteten från en radioaktiv norrländsk köttsoppa. Mätresultat Ämne Toppvärde(n) (MeV) FWHM std 60 Co 1,174 1,333 0,050 0,053 0,021 0,022 Soppa 0,660 0,046 0,020 Tabell 1: Mätresultat 1

scintillatoinsdetektor. Detektorn är kopplad till ett datorprogram som ritar ut antalet pulser vid respektive spänning.

3 Beräkningar Dötiden n = n 1 nτ = = 17694, Där n är pulser och τ är dötiden som är 10 6 s Räknehastigheten Felet i räknehastigheten kan beräknas enligt: r r r t = r t 17694, 7 = 180 Där r är antalet pulser och t tiden = 0, 739 0, 7 pulser/s Energiupplösningen Full Width at Half Maximum (FWHM) fås av datorprogrammet. Därmed kannn energiupplösningen beräknas av: F W HM V topp Där V topp energin som toppen ligger på. Resultat Vi fick två exitationsnivåer, 1, 174±0, 021MeV och 1, 333±0, 022MeV, för 60 Co. Räknehastighetsfelet var 0,7 pulser/s. Scintillationsdetektorns dödtid gjorde att vi bara mätte istället för pulser. Vi uppmätte energiupplösningen för 60 Co till: 0, 043 MeV för 1, 174 MeV 0, 040 MeV för 1, 333 MeV Ämnet i den radioaktiva köttsoppan från norrland bestämdes till Cs. 2

Därmed kannn energiupplösningen beräknas av: F W HM V topp Där V topp energin som toppen ligger på. Resultat Vi fick två exitationsnivåer, 1, 174±0, 021MeV och 1, 333±0, 022MeV, för 60 Co.

4 B Aktivering med neutroner Bakgrund Syftet med denna del av laborationen var att visa hur radioaktiva isotoper kan skapas ur stabila isotoper genom bestrålning med neutroner, samt hur radioaktiva isotoper faller sönder med tiden. I detta fall skulle ett silverbleck bestående av två stabila isotoper bestrålas med neutroner från en americiumberyllium-källa, varvid följande reaktioner inträffar: 107 Ag + n 108 Ag + γ 109 Ag + n 110 Ag + γ Dessa bildade isotoper kommer att sönderfalla och alstra β-strålning enligt: Ag 48 Cd + e + ν Utförande Ag 48 Cd + e + ν Ett silverbleck placerades 3-5 cm från en americium-beryllium-källa nedsänkt i vatten, och lämnades där ca 15 minuter. Silverblecket placerades sedan i en detektor som innehöll ett GM-rör, och som var kopplad till en pulsräknare. Antalet sönderfall mättes nu upp under 10 minuter, tätare i början då sönderfallstakten var högre. Pulsräknaren lästes av med 10 sekundersintervall under de 100 första sekunderna, sedan med 20 sekundersintervall upp till 5 minuter, och till sist varje minut upp till 10 minuter. Våra mätvärden var: Tabell 2: Mätningar av sönderfallet som funktion av tiden Tid (s) Sönderfall/s Tid (s) Sönderfall/s Tid (s) Sönderfall/s

I detta fall skulle ett silverbleck bestående av två stabila isotoper bestrålas med neutroner från en americiumberyllium-källa, varvid följande reaktioner inträffar: 107 Ag + n 108 Ag + γ 109 Ag + n

5 Figur 1: Den logaritmerade intensiteten mot tiden Beräkningar Den logaritmerade intensiteten plottas mot tiden, och representeras av kryssen i diagrammet. I den högra delen av diagrammet kan kurvan approximeras med N = N 2 e λ 2t Vi vill här räkna ut λ och sedan kan vi räkna ut halveringstiden med T = 1 λ ln2 I den vänstra delen approximeras kurvan av N = N 1 e λ 1t + N 2 e λ 2t Vi skrev Matlab-programmet intensitet.m (se Appendix sist) för att räkna ut λ och halveringstiden för båda silverisotoperna. Resultat Vi fick för Ag λ = och halveringstiden sekunder. Det teoretiska värdet här var 2,42 min. För Ag fick vi λ = och halveringstiden 33.2 sekunder. Det teoretiska värdet här var 24,4 sekunder. 4

I den högra delen av diagrammet kan kurvan approximeras med N = N 2 e λ 2t Vi vill här räkna ut λ och sedan kan vi räkna ut halveringstiden med T = 1 λ ln2 I den vänstra delen approximeras kurvan av

6 C Gammaabsorption Utförande Försöket gick ut på att bestämma γ -strålningens genomträngningsförmåga genom bly genom att bestämma blys absoptionskoefficient. Därför sattes ett radioaktivt ämne (som avger γ strålning) i en blykammare med en scintillationsdetektor. Först så mätte vi strålningen utan något absorberande material mellan det radioaktiva materialet och detektorn, för att sedan placera blyplattor emellan. Vi gjorde 8 olika mätningar med en blytjocklek som varierade mellan ca 1.5 till 33 mm. Teori Den mängd strålning som går igenom ett preparat ges av ekv. 1, där n 0 är antalet pulser från ämnet, n är antalet efter absorptionen och x är tjockleken på det absorberande materialet. Om man löser ut abroptionskoefficienten µ ur denna ekvation får ekv. 2. n = n 0 e µx (1) µ = ln( n n 0 ) x (2) Resultat Enligt våra mätningar är absorptionskoefficienten 39.2 m 1. Det finns flera felkällor som kan påverka resultatet t.ex. varierande tjocklek på blyplattorna (etersom vi endast mätte tjockleken i ena kanten), olika bakgrundsstrålning samt fel på mätaparaturen. Mätningar Våra mätningar ges i tabell 3 5

Först så mätte vi strålningen utan något absorberande material mellan det radioaktiva materialet och detektorn, för att sedan placera blyplattor emellan.

7 Källkod ******************* Matlabfilen intensitet.m ****************** clear clf figure(1) I=[ ] ; t=[ ] ; ln_i=log(i); plot(t,ln_i, x ), hold on ln_i2=ln_i([17:25]); t2=t([17:25]); A=[ones(size(t2)) t2]; c=a\ln_i2; plot([t(17):1:t(25)],c(1)+c(2).*[t(17):1:t(25)]) plot([t(1):1:t(17)],c(1)+c(2).*[t(1):1:t(17)], -- ) lambda2= -(c(2)) T2= log(2)./lambda2 ln_i1=ln_i([1:11]); t1=t([1:11]); B=[ones(size(t1)) t1]; d=b\ln_i1; plot([t(1):1:t(11)],d(1)+d(2).*[t(1):1:t(11)]) ln_nlong=c(1)+c(2).*[t(1):10:t(11)]; Nlong=exp(ln_Nlong) ; Nkort=I([1:11])-Nlong; ln_nkort=log(nkort); 6

$A=[ones(size(t2)) t2]; c=a\ln_i2; plot([t(17):1:t(25)],c(1)+c(2).*[t(17):1:t(25)]) plot([t(1):1:t(17)],c(1)+c(2).*[t(1):1:t(17)], -- ) lambda2= -(c(2)) T2= log(2).$

8 tlong=t([1:11]); C=[ones(size(tlong)) tlong]; e=c\ln_nkort; plot([t(1):1:t(11)],e(1)+e(2).*[t(1):1:t(11)], -. ) lambda1= -(e(2)) T1= log(2)./lambda1 *************************************************************** 7

9 Tabell 3: Mätdata för olika blytjocklekar absorbator Antal pulser utan bakgrunds. µ bakgrunds inget mm mm mm mm mm mm mm mm

9 mm 11727 11311 38.6 5.12 mm 10855 10439 37.5 7.06 mm 10024 9608 38.9 9.

Relevanta dokument

ABSORPTION AV GAMMASTRÅLNING

ABSORPTION AV GAMMASTRÅLNING Uppgift: Materiel: Teori: Att bestämma ett samband för den intensitet av gammastrålning som passerar en absorbator, som funktion av absorbatorns tjocklek. Att bestämma halveringstjockleken