Link: OLE-Object-Data 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,YEN), 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.