Экспериментальная часть

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина»

Физико-технологический институт

Кафедра экспериментальной физики

Отчет по лабораторной работе №1

по дисциплине «Дозиметрия и радиационная безопасность»

Исследование законов ослабления фотонного излучения в веществе

Преподаватель		Баранова А. А.
Студентов гр. Фт-480012		Овчинников В. А. Шишкина Е. А.

Екатеринбург

2021

Цель работы:

Экспериментальное исследование законов ослабления фотонного излучения при прохождении его через материалы с различными порядковыми атомными номерами.

Экспериментальная часть

Исследование законов ослабления фотонного излучения будет осуществляться при помощи источника ¹³⁷Cs. В качестве поглотителей используются свинец и бетон. Законы ослабления изучались в геометрии узкого и широкого пучка.

Рассмотрим закон ослабления для свинца для узкого пучка. Результаты измерений приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты измерений для свинца для узкого

Толщина поглотителя, cм	Мощность дозы, I, мкЗв/ч				Iфон, мкЗв/ч	I-Iфона, мкЗв/ч,	Ln(I-Iфона)
Толщина поглотителя, cм				Среднее	Iфон, мкЗв/ч	I-Iфона, мкЗв/ч,	Ln(I-Iфона)
	10, 08	8, 21	9, 23	9, 17	0, 14	9, 03	2, 201
0, 515	4, 47	5, 09	4, 95	4, 84		4, 70	1, 547
0, 785	2, 66	2, 43	2, 44	2, 51		2, 51	0, 920
1, 025	1, 83	1, 76	1, 95	1, 85		1, 85	0, 613

По полученным данным построим графики зависимости ослабления от толщины поглотителя, представленные на рисунках 1 и 2.

Рисунок 1 – Зависимость ослабления γ -излучения от толщины свинца в геометрии узкого пучка

Рисунок 2 – Зависимость ослабления γ -излучения от толщины свинца в полулогарифмическом масштабе в геометрии узкого пучка

Рассмотрим закон ослабления для свинца для широкого пучка. Результаты измерений приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Результаты измерений для свинца для широкого пучка

Толщина поглотителя, cм	Мощность дозы, I, мкЗв/ч				Iфон, мкЗв/ч	I-Iфона, мкЗв/ч,	Ln(I-Iфона)
Толщина поглотителя, cм				Среднее	Iфон, мкЗв/ч	I-Iфона, мкЗв/ч,	Ln(I-Iфона)
	29, 37	25, 84	31, 56	28, 92	0, 18	28, 74	3, 358
0, 515	19, 63	19, 1	18, 93	19, 22		19, 04	2, 947
0, 785	13, 74	13, 16	13, 96	13, 62		13, 62	2, 612
1, 025	9, 45	9, 7	9, 32	9, 49		9, 49	2, 250

По полученным данным построим графики зависимости ослабления от толщины поглотителя, представленные на рисунках 3 и 4.

Рисунок 3 – Зависимость ослабления γ -излучения от толщины свинца в геометрии широкого пучка

Рисунок 4 – Зависимость ослабления γ -излучения от толщины свинца в полулогарифмическом масштабе в геометрии широкого пучка

По рисунку 2 определим коэффициент ослабления μ _эксп. Он равен тангенсу угла наклона прямой: α = μ = 1, 588 см^-1. Сравним полученный результат со справочными данными. По справочнику Машковича коэффициент ослабления γ -излучения с энергией 0, 662 МэВ для свинца равен 1, 180 см^-1. Погрешность полученного результата составляет:

Затем определим фактор накопления для каждой толщины поглотителя.

где,

Результаты приведем в таблице 3.

Таблица 3 – Расчет экспериментального фактора накопления

I0/I (шир)	I0/I(узкк)	Ln(шир)	Ln(узк)	Ln(B)	В	μ *d
1, 510	1, 923	0, 411864	0, 654068	-0, 2422	0, 784896	0, 81782
2, 110	3, 599	0, 746867	1, 280639	-0, 53377	0, 586389	1, 24658
3, 029	4, 892	1, 108167	1, 587539	-0, 47937	0, 619172	1, 6277

По справочнику Машковича фактор накопления:

Таблица 4 – Теоретические значения фактора накопления

μ d	В_теор
0, 5	1, 12
	1, 22
	1, 41
	1, 57
	1, 69
	1, 8

В_{эксп средне} = 1, 53

В_{теор средне} = 1, 468

После этого построили зависимость B_эксп= f(μ *d). Полученный график приведен на рисунке 5.

Рисунок 5 – Графики изменения факторов накопления

Рассчитаем погрешность при μ *d=1:

Рассчитали слой половинного ослабления в геометрии узкого и широкого пучка:

Для теоретических значений:

Рассчитаем погрешности половинного ослабления:

Рассмотрим законы ослабления для бетона. Результаты измерений для узкого пучка приведены в таблице 4.

Таблица 5 – Результаты измерений для бетона для узкого пучка

Толщина поглотителя, см	Мощность дозы, I, мкЗв/ч				Iфон, мкЗв/ч	I-Iфона, мкЗв/ч,	Ln(I-Iфона)
Толщина поглотителя, см				Среднее	Iфон, мкЗв/ч	I-Iфона, мкЗв/ч,	Ln(I-Iфона)
	10, 08	8, 21	9, 23	9, 17	0, 14	9, 03	2, 201
3, 74	1, 94	2, 03	1, 82	1, 93		1, 93	0, 658
7, 37	0, 68	0, 68	0, 66	0, 67		0, 67	-0, 396
11, 07	0, 36	0, 37	0, 37	0, 37		0, 37	-1, 003
14, 67	0, 14	0, 23	0, 16	0, 18		0, 18	-1, 733
18, 27	0, 07	0, 10	0, 14	0, 10		0, 10	-2, 270

По полученным данным построим графики зависимости ослабления от толщины поглотителя, представленные на рисунках 6 и 7.

Рисунок 6 – Зависимость ослабления γ -излучения от толщины бетона в геометрии узкого пучка

Рисунок 7 – Зависимость ослабления γ -излучения от толщины бетона в полулогарифмическом масштабе в геометрии узкого пучка

Таблица 6 – Результаты измерений для бетона для щирокого пучка

Толщина поглотителя, см	Мощность дозы, I, мкЗв/ч				Iфон, мкЗв/ч	I-Iфона, мкЗв/ч,	Ln(I-Iфона)
Толщина поглотителя, см				Среднее	Iфон, мкЗв/ч	I-Iфона, мкЗв/ч,	Ln(I-Iфона)
	29, 37	25, 84	31, 56	28, 92	0, 18	28, 74	3, 358
3, 74	14, 74	15, 09	14, 81	14, 88		14, 88	2, 700
7, 37	6, 36	6, 24	6, 13	6, 24		6, 24	1, 832
11, 07	2, 82	2, 67	2, 58	2, 69		2, 69	0, 990
14, 67	1, 30	1, 41	1, 22	1, 31		1, 31	0, 270
18, 27	0, 70	0, 57	0, 67	0, 65		0, 65	-0, 436

По полученным данным построим графики зависимости ослабления от толщины поглотителя, представленные на рисунках 8 и 9.

Рисунок 8 – Зависимость ослабления γ -излучения от толщины бетона в геометрии широкого пучка

Рисунок 9 – Зависимость ослабления γ -излучения от толщины бетона в полулогарифмическом масштабе в геометрии широкого пучка

По справочнику Машковича коэффициент ослабления для бетона

μ _теор= 0, 178 см^-1

По рисунку 7 определим коэффициент ослабления μ _эксп. Он равен тангенсу угла наклона прямой, то есть 0, 236 см^-1.

Рассчитаем погрешность:

Определим фактор накопления для каждой толщины поглотителя. Результаты приведены в таблице 7.

Таблица 7 – Экспериментальный фактор накопления

I0/I (шир)	I0/I(узкк)	Ln(шир)	Ln(узк)	Ln(B)	В	μ d
1, 932	4, 680	0, 658	1, 543	-0, 885	0, 413	0, 883
4, 604	13, 416	1, 527	2, 596	-1, 070	0, 343	1, 739
10, 685	24, 636	2, 369	3, 204	-0, 835	0, 434	2, 613
21, 941	51, 132	3, 088	3, 934	-0, 846	0, 429	3, 462
44, 448	87, 419	3, 794	4, 471	-0, 676	0, 508	4, 312
					0, 425

Таблица 8 – Теоретические значения фактора накопления

μ d	В_теор
0, 5	1, 53
	2, 18
	3, 8
	5, 82
	8, 25
	11, 1
	5, 45

Построем зависимость B_эксп= f(μ *d). Полученный график приведен на рисунке 10.

Рисунок 11 – График зависимости фактора накопления

Рассчитаем погрешность при μ *d=1:

Определили слой половинного ослабления для геометрии узкого и широкого пучка при использовании бетона как поглотителя:

Для теоретических значений:

Рассчитаем погрешности половинного ослабления:

Вывод:

В ходе этой лабораторной работы мы оценили поглощательную способность гамма-излучения свинцом и бетоном для широкой и узкой геометрии пучка, рассчитали коэффициенты ослабления и половинного поглощения, определили фактор накопления для свинца и бетона, нашли погрешность измерений.

Результаты и рассчитанные погрешности приведены в таблице 5.

Таблица 9 – результаты расчетов с погрешностями:

Параметр	Свинец	Бетон