Fyzika 2

Použití ionizační komory ke stanovení aktivity zářiče je možné jen tehdy,splňuje-li zářič následující podmínky:
a)Záření vysílané radionuklidem má jednu nebo několik hodnot energií.
b)Při průchodu komorou záření ztrácí svoji energii převážně ionizací.
c)Střední dosah záření není větší než účinný prostor ionizační komory.
Tyto podmínky dobře splňuje záření alfa,neboť má čárové energetické spektrum a rozhodující proces pro ztrátu jeho energie při průchodu prostředím je ionozace.Dosah částice ve vzduchu za normálních podmínek je řádově 10-2m.
Aktivita zářiče je definována jako podíl středního počtu dN samovolných jaderných přeměn v určitém množství radionuklidů za časový interval dt a tohoto časového intervalu
[becquerel (Bg)] .
Kalibrace jednovláknového elektrometru:
Kalibrací elektrometru rozumíme zjištění závislosti výchylky vlákna na jeho potenciálu vůči zemi.Elektrické parametry elektrometru se volí tak,že tato závislost je lineární a platí v=cU kde c je citlivost elektrometru.Kalibrace elektrometru se provádí při rozpojeném klíči K2.
Měření kapacity elektrometru s ionizační komorou:
Pro další měření je třeba znát hodnotu kapacity C systému elektrometr a ionizační komora. Měření provádíme v zapojení podle obr. Na střední elektrodu ionizační komory,která je vodivě spojena s vláknem elektromotoru,přivedeme napětí U proti zemi (klíč K1 spojen).
Velikost náboje Q na systému je Q=CU.Odpojíme-li systém od zdroje napětí (klíč K1 rozpojen) a paralelně k němu připojíme (klíč K2 spojen) kondenzátor o známé kapacitě C´, který předtím nebyl nabit a jehož jedna elektroda je spojena se zemí,kapacita systému vzroste na hodnotu C+C´. Jelikož náboj Q systému zůstal nezměněn,napětí systému vůči zemi poklesne na hodnotu U´. Tento pokles se projeví zmenšením výchylky z původní hodnoty v na v´. .
Určení aktivity zářiče alfa:

Zářič vysílající částice alfa s energií Eα se umístí do ionizační komory naplněné vzduchem .Rozměry komory jsou takové,aby částice alfa ztratily ionizační komory naplněné vzduchem.Rozměry komory jsou takové,aby částice alfa ztratily ionizací vzduchu veškerou energii.Je-li Ei střední energie ionizace atomů vzduchu,vytvoří částice alfa podél své dráhy střední počet Ni iontových párů .
Náboj Q,který se vytvoří průchodem jedné částice alfa komorou je kde e je elementární náboj.
Počet Nα částic alfa registrovaných za jednu sekundu,tj.četnost nα , vytvoří při průchodu ionizační komorou střední ionizační proud
Proud I lze stanovit z úbytku napětí ∆U na elektromotoru , který budeme sledovat po dobu ∆t (zářič umístěn v komoře). Úbytek ∆U můžeme však brát jen za takovou dobu ∆t,ve kterém napětí klesá lineárně. Tak je splněn základní požadavek,aby ionizační komora pracovala v oblasti nasyceného proudu.Pak platí kde C je kapacita systému elektrometr a ionizační komora.Použitím předchozích dvou vztahů dostaneme Četnost částic alfa by byla v ideálním případě rovna aktivitě zářiče. Pro námi užívanou ionizační komoru byl stanoven poměr skutečné aktivity A a měřené aktivity Am jako K= . Z toho vyplýva vztah pro aktivitu A=K·nα , .
Určení přeměnové konstanty a poločasu přeměny:

Vztah mezi aktivitou A zářiče a přeměnovou konstantou λ získáme derivováním přeměnového zákona podle času. Nt= Noe-λt .
Přeměnová konstanta: ,
kde Ar – relativní atomová hmotnost měřeného nuklidu
mu – atomová hmotnostní konstanta
Poločas přeměny: .
Nejistoty:
Přesnost určení aktivity závisí na přesnosti použitých měřících přístrojů,ale také je ovlivněna skutečností , že studované jevy mají náhodný charakter.korekční koeficient K pro přepočet aktivit je stanoven s určitou nejistotou.Při výpočtu nejistoty výsledné aktivity vyjdeme ze zjednodušeného vztahu kde a nejistotu korekčního koeficientu K známe.
Pomůcky:
Jednovláknový elektrometr s ionizační komorou
Zářič 239Pu (Plutonium)
Digitální multimetr
Zdroj stejnosměrného napětí 0-150 V
Stopky a uzemněná pinzeta
Výpočty:
1)
Dílky v
U[V]
10
11,7
20
23,38
30
35,51
40
47,76
50
60,05
60
72,37
70
84,23
80
96,36
90
107,88
100
118,97
2)
Naměřeno:
3)
dílky
čas
100
0
90
11,31
80
23,22
70
35,57
60
48,78
50
62,44
40
76,44
30
91,82
20
114,97
10
189,5
Výpočet nejistot:
Závěr:
Měřením a výpočty bylo zjištěno:
Aktivita přístroje:
Přeměnová konstanta:
Poločas přeměny:
Tabulková hodnota poločasu přeměny je cca 24000 let.

Výpočty:
1)
Dílky v
U[V]
10
11,7
20
23,38
30
35,51
40
47,76
50
60,05
60
72,37
70
84,23
80
96,36
90
107,88
100
118,97
2)
Naměřeno:
3)
dílky
čas
100
0
90
11,31
80
23,22
70
35,57
60
48,78
50
62,44
40
76,44
30
91,82
20
114,97
10
189,5
ED Equation.3
Výpočet nejistot:
Závěr:
Měřením a výpočty bylo zjištěno:
Aktivita přístroje:
Přeměnová konstanta:
Poločas přeměny:
Tabulková hodnota poločasu přeměny je cca 24000 let.

České vysoké učení technické v Praze
ÚSTAV FYZIKY FAKULTY STROJNÍ
LABORATORNÍ CVIČENÍ Z FYZIKY
Jméno, PŘIJMENÍ: Jan MERVART
Datum měření:
Studijní rok: 2007/08
Ročník: 2
Datum odevzdání:
Lab. dvojice: 4
Č. kroužku: 17
Klasifikace:
Číslo úlohy:
Název úlohy: