Absorpce 7 záření
1. Zdroj záření
Záření 7 je emitováno při přechodech atomového jádra mezi různými energiovými hladinami jádra. Spektrum 7 záření je proto čárové a jeho energie většinou leží v oblasti 0,05 - 3 MeV. V této úloze je ke kalibraci energiové stupnice spektrometru použit zářič 137Cs, který je zdrojem záření s energií 0,6617 MeV, a k vlastnímu měření zářič 60Co emitující fotony s energiemi 1,1725 a 1,3325 MeV. Rozpadové schéma jádra I7C0 je na obr. 1. Protože doba života 7-zářičů bývá krátká, je použit 60Co, který je ß~ zářičem s poločasem rozpadu 5,24 let. Produktem rozpadu tohoto izotopu kobaltu je 2°Ni s excitovaným jádrem, které je schopné přejít do nižších energetických stavů emisí 7 záření.
----- T = 10.47 min
gama, 0.0589 MeV T = 5.24 r
,0.312 MeV
V
gama, 1.173 MeV
gama, 1.332 MeV
60„                                                   60,T.
27Co                                       28Ni
Obrázek 1: Rozpadové schéma 27C0.
2. Absorpce v látkách
Záření gama je velmi pronikavé. Při průchodu záření gama hmotou dochází vlivem různých jevů k absorpci záření. Je-li I0 hustota proudu částic gama, pak po průchodu látkou o tloušťce d dojde ke zeslabení
/ = Ioexp(-ßd) ,
kde ß je lineární součinitel zeslabení. Tento součinitel závisí na složení absorbujícího materiálu i na druhu absorbovaného záření. U gama záření lze pro ß psát
ß = ßf + ßC + ßP ,
kde ßf je lineární součinitel zeslabení pro fotoefekt, ßc pro Comptonuv jev a ßp pro tvorbu elektron - pozitronových párů. Na obr. 2 je vynesena závislost jednotlivých účinných průřezů pro průchod gama záření olovem.
Lineární součinitel zeslabení ß je funkcí energie záření 7. Dále je definován tzv. hmotnostní součinitel zeslabení ßm pro nějž platí ßm = ß/p, kde p je hustota absorbující látky.
1
Ej IMeV]
Obrázek 2: Účinný průřez gama záření při průchodu olovem. 1 - celkový účinný průřez, 2 - účinný průřez pro tvorbu párů, 3 - účinný průřez pro Comptonuv jev, 3 - účinný průřez pro fotoefekt.
V Tab.l jsou uvedeny hmotnostní součinitele zeslabení pro nejčastěji užívané stínící materiály v závislosti na energii 7 záření. Podrobný popis veličin popisujících radioaktivní záření a jeho absorbci v látkách je možné najít ve skriptech Tesař, Trunec, Ondráček: Fyzikální praktikum III.
Hustota hliníku: pAi = 2700 kg m-3, hustota olova: pp^ = 11340 kg m-3, hustota vzduchu: Pvzd. = 1.293 kg m-3, hustota plexiskla: pv\x = 1180 kg m-3.
Hmotnostní součinitelé zeslabení  fim   (m2 kg				-1)
energie 7	103 • íim			
(MeV)	AI	Pb	vzduch	
0.1	16.9	546	15.5	
0.2	12.2	94.2	12.3	
0.4	9.27	22.0	9.53	
0.6	7.79	11.9	8.04	
0.8	6.83	8.66	7.06	
1.0	6.14	7.03	6.35	
1.5	5.00	5.50	5.15	
2.0	4.31	4.63	4.45	
3.0	3.60	4.10	3.60	
4.0	3.10	4.21	3.07	
Tabulka 1: Hmotnostní součinitele zeslabení /xm pro AI, Pb a vzduch pro různé energie záření 7.
2
3.  Detektor
Pro spektroskopii gama záření použijeme scintilační detektor. Jesliže gama foton ztratí celou svoji energii v krystalu scintilátoru, pak velikost výsledného napěťového pulsu na výstupu fotonasobiče je úměrná energii absorbovaného gama fotonu, což umožňuje rozlišovat energii jednotlivých fotonů. Na obrazovce počítače jsou pak vynášeny četnosti velikostí jednotlivých pulsů - energiové spektrum gama fotonů.
4.  Úkol
Změřte koeficient absorpce 7 záření ve třech různých látkách (k dispozici jsou např. hliník, olovo, měď, plexisklo).
5.  Postup práce
1.   V adresáři cassy spusťte program mca (anglická verze) nebo vka (německá verze).
2.   Zvolte dobu měření, nastavte „resolution 9 bit" a „attenuator on".
3.   Naměřte energiové spektrum zářiče 137Cs a ocejchujte stupnici energií. Pomocí klávesy F6 znovu zobrazíte naměřený graf, F9 zobrazí kurzor, najed'te s kurzorem do maxima píku a po stisku klávesy Enter zdejte hodnotu energie 7 záření nuklidu 137Cs (662 ke V).
4.   Naměřte energiové spektrum 7 záření nuklidu 27C0. Dále naměřte koeficienty absorpce 7 záření třech různých materiálů pro oba píky záření 60Co. (Mezi radionuklid a detektor postupně vkládejte desky ze zvoleného materiálu a naměřte počet detekovaných pulzů 7 záření jednotlivých fotopíků. Tloušťku desek měřte jednotlivě posuvným měřidlem.) Získané hodnoty porovnejte s tabelovanými.
Intenzitu záření pro jednotlivé energie určete integrací plochy pod příslušným pikem. Nejdříve pomocí kurzoru vyznačíte okraje integračního intervalu (stiskem kláves Ctrl <— a Ctrl —►), stiskem F5 provedete integraci a Alt F5 zobrazí hodnotu integrálu.
Díky přirozené radioaktivitě a rozptýleným 7 fotonům ze zářiče mají integrované píky velké pozadí. Velikost pozadí je možné z grafu odečíst pomocí kurzoru a klávesy +, po jejímž stisku se vypíší aktuální souřadnice kurzoru.
3