eriste C K R vahvistimeen Kuva 1. Geigerilmaisimen periaate.



Samankaltaiset tiedostot
Radioaktiivisen säteilyn läpitunkevuus. Gammasäteilty.

Tehtävänä on tutkia gammasäteilyn vaimenemista ilmassa ja esittää graafisesti siihen liittyvä lainalaisuus (etäisyyslaki).

Atomin ydin. Z = varausluku (järjestysluku) = protonien määrä N = neutroniluku A = massaluku (nukleoniluku) A = Z + N

40D. RADIOAKTIIVISUUSTUTKIMUKSIA

GEIGERIN JA MÜLLERIN PUTKI

d sinα Fysiikan laboratoriotyöohje Tietotekniikan koulutusohjelma OAMK Tekniikan yksikkö TYÖ 8: SPEKTROMETRITYÖ I Optinen hila

1 Johdanto. 2 Lähtökohdat

Fysiikan laboratoriotyöt 1, työ nro: 3, Vastuksen ja diodin virta-jänniteominaiskäyrät

KAASUN IONISAATION PERUSTUVAT SÄTEILYN MITTAUSMENETELMÄT

Työ 55, Säteilysuojelu

TASA- JA VAIHTOVIRTAPIIRIEN LABORAATIOTYÖ 5 SUODATINPIIRIT

RADIOAKTIIVISUUS JA SÄTEILY

Työssä tutustutaan hajoamislakiin ja määritetään 137 Ba:n viritystilan kev keskimääräinen elinaika ja puoliintumisaika.

25A40B 4h. RADIOAKTIIVINEN SÄTEILY

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka

Hajoamiskaaviot ja niiden tulkinta (PHYS-C0360)

4B. Tasasuuntauksen tutkiminen oskilloskoopilla.

Eksponentti- ja logaritmifunktiot

Tyypillinen energia. matka vedessä +2e MeV 2 10 cm μ. -e 0, MeV 0 10 cm 0 15 mm Mev cm 0 1 m

= vaimenevan värähdysliikkeen taajuus)

2.2 RÖNTGENSÄTEILY. (yli 10 kv).

Vastksen ja diodin virta-jännite-ominaiskäyrät sekä valodiodi

Kvantittuminen. E = hf f on säteilyn taajuus h on Planckin vakio h = 6, Js = 4, evs. Planckin kvanttihypoteesi

PERMITTIIVISYYS. 1 Johdanto. 1.1 Tyhjiön permittiivisyyden mittaaminen tasokondensaattorilla . (1) , (2) (3) . (4) Permittiivisyys

FYSIIKAN LABORAATIOTYÖ 4 LÄMMÖNJOHTAVUUDEN, LÄMMÖNLÄPÄISYKERTOI- MEN JA LÄMMÖNSIIRTYMISKERTOIMEN MÄÄRITYS

HALLIN ILMIÖ 1. TUTKITTAVAN ILMIÖN TEORIAA

Ydin- ja hiukkasfysiikka 2014: Harjoitus 5 Ratkaisut 1

PANK PANK-4122 ASFALTTIPÄÄLLYSTEEN TYHJÄTILA, PÄÄLLYSTETUTKAMENETELMÄ 1. MENETELMÄN TARKOITUS

5B. Radioaktiivisen isotoopin puoliintumisajan määrittäminen

Sähköstatiikan laskuissa useat kaavat yksinkertaistuvat hieman, jos vakio C kirjoitetaan muotoon

Työ 31A VAIHTOVIRTAPIIRI. Pari 1. Jonas Alam Antti Tenhiälä

Eristysvastuksen mittaus

Virhearviointi. Fysiikassa on tärkeää tietää tulosten tarkkuus.

Ionisoiva säteily. Tapio Hansson. 20. lokakuuta 2016

SÄTEILEVÄ KALLIOPERÄ OPETUSMATERIAALIN TEORIAPAKETTI

Oikeat vastaukset: Tehtävän tarkkuus on kolme numeroa. Sulamiseen tarvittavat lämmöt sekä teräksen suurin mahdollinen luovutettu lämpö:

LIITE 11A: VALOSÄHKÖINEN ILMIÖ

Radioaktiivinen hajoaminen

DIODIN OMINAISKÄYRÄ TRANSISTORIN OMINAISKÄYRÄSTÖ

1.1 Tyhjiön permittiivisyyden mittaaminen tasokondensaattorilla

FYSN300 Nuclear Physics I. Välikoe

Fysiikan laboratoriotyöt 1, työ nro: 2, Harmoninen värähtelijä

FYS207/K5. GAMMASÄTEILYN JA AINEEN VUOROVAIKUTUS

1/6 TEKNIIKKA JA LIIKENNE FYSIIKAN LABORATORIO V

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2012 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

MITTAUSTEKNIIKAN LABORATORIOTYÖOHJE TYÖ 4. LÄMPÖTILA ja PAINELÄHETTIMEN KALIBROINTI FLUKE 702 PROSESSIKALIBRAATTORILLA

Torsioheiluri IIT13S1. Selostuksen laatija: Eerik Kuoppala. Ryhmä B3: Eerik Kuoppala G9024 Petteri Viitanen G8473

PAMPALON KULTAKAIVOKSEN LASKEUMAMITTAUKSET Mittausaika: Hattuvaara, Ilomantsi

MAOL-Pisteitysohjeet Fysiikka kevät 2011

OPERAATIOVAHVISTIMET 2. Operaatiovahvistimen ominaisuuksia

A.1 Ionisoivan säteilyn ja ilmaisinaineen vuorovaikutukset

S OPTIIKKA 1/10 Laboratoriotyö: Polarisaatio POLARISAATIO. Laboratoriotyö

4A 4h. KIMMOKERROIN E

MAAILMANKAIKKEUDEN PIENET JA SUURET RAKENTEET

Fy06 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7

EPMAn tarjoamat analyysimahdollisuudet

A Z X. Ydin ja isotoopit

FYSA230/2 SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

Mittaustuloksen esittäminen Virhetarkastelua. Mittalaitetekniikka NYMTES 13 Jussi Hurri syksy 2014


FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto. 2 Teoreettista taustaa

PANK-4113 PANK PÄÄLLYSTEEN TIHEYS, DOR -MENETELMÄ. Asfalttipäällysteet ja massat, perusmenetelmät

FL, sairaalafyysikko, Eero Hippeläinen Keskiviikko , klo 10-11, LS1

Hiukkaspäästöjen mittaus

MAB3 - Harjoitustehtävien ratkaisut:

Operaatiovahvistimen vahvistus voidaan säätää halutun suuruiseksi käyttämällä takaisinkytkentävastusta.

3 SÄTEILYN JA AINEEN VUOROVAIKUTUS

ELEKTRONIN LIIKE MAGNEETTIKENTÄSSÄ

Radioaktiivisten jätteiden kartoitus kiihdytinlaboratoriossa

Perusopintojen Laboratoriotöiden Työselostus 1

Fysiikka 8. Aine ja säteily

Suhteellisuusteoriasta, laskuista ja yksiköistä kvantti- ja hiukkasfysiikassa. Tapio Hansson

2. Sähköisiä perusmittauksia. Yleismittari.

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto

Syksyn 2015 Lyhyen matematiikan YO-kokeen TI-Nspire CAS -ratkaisut

SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA

Aki Taanila YHDEN SELITTÄJÄN REGRESSIO

RADIOAKTIIVISUUS JA SÄTEILY

Havainto uudesta 125 GeV painavasta hiukkasesta

FYSA242 Statistinen fysiikka, Harjoitustentti

PYP I / TEEMA 8 MITTAUKSET JA MITATTAVUUS

Hiukkasfysiikan luento Pentti Korpi. Lapuan matemaattisluonnontieteellinen seura

25A40B 4h. RADIOAKTIIVINEN SÄTEILY

Mittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

25A40B 4h. RADIOAKTIIVINEN SÄTEILY

Taajuusmittauskilpailu Hertsien herruus Mittausraportti

- Pyri kirjoittamaan kaikki vastauksesi tenttipaperiin. Mikäli vastaustila ei riitä, jatka konseptilla

Kojemeteorologia (53695) Laskuharjoitus 1

TASAVIRTAPIIRI - VASTAUSLOMAKE

55 RADIOAKTIIVISUUS JA SÄTEILY

GAMMASÄTEILYMITTAUKSIA

MAB3 - Harjoitustehtävien ratkaisut:

5. Sähkövirta, jännite

Osallistumislomakkeen viimeinen palautuspäivä on maanantai

Sähköopin mittauksia 1

TIIVISTELMÄRAPORTTI NEUTRONISÄTEILYÄ LÄHETTÄVIEN AINEIDEN HAVAITSEMINEN JA TUNNISTAMINEN

1.1 ATOMIN DISKREETIT ENERGIATILAT

Suojeleva Aurinko: Aurinko ja kosmiset säteet IHY

Transkriptio:

Fysiikan laboratoriotyöohje Tietotekniikan koulutusohjelma OAMK Tekniikan yksikkö TYÖ 5: RADOAKTVSUUSTYÖ Teoriaa Radioaktiivista säteilyä syntyy, kun radioaktiivisen aineen ytimen viritystila purkautuu Tuloksena voi olla sähkömagneettista säteilyä tai hiukkassäteilyä Hiukkassäteilyssä jonkin alkuaineen ydin (nk emoydin) muuttuu toisen alkuaineen ytimeksi (nk tytärydin) Alfahajoamisessa emoytimestä irtautuu 4 2 He -ydin eli α-hiukkanen Beetahajoamisessa puolestaan irtaantuu joko elektroni (β - -hajoaminen) tai positroni (β + - hajoaminen) Radioaktiivisessa säteilyssä ydin voi lähettää myös γ-säteilyä (hyvin lyhytaaltoista sähkömagneettista säteilyä): monesti ydin jää hajoamisen jälkeen virittyneeseen tilaan, jolloin viritys purkaantuu γ-säteilynä Säteilyn ilmaisimia on monia eri tyyppejä, mutta kaikissa on sama toimintaperiaate: säteily vaikuttaa väliaineeseen ja säteilyn ja väliaineen vuorovaikutuksesta seuraa mitattava tai havaittava signaali Korkeaenerginen sähkömagneettinen säteily tai varautuneet hiukkaset pystyvät ionisoimaan väliainetta, mihin perustuu mm geigerilmaisimen toiminta Geigerilmaisin A eriste C K R vahvistimeen Kuva 1 Geigerilmaisimen periaate Geigerilmaisimessa on kaasutäytteisessä putkessa keskellä ohut anodilanka ja ympäröivä vaippa toimii katodina Kun kaasuatomit ionisoituvat säteilyn vaikutuksesta, kulkeutuvat ne joko anodille (A) tai katodille (K) varauksen merkistä riippuen Anodin ja katodin välillä on niin korkea jännite, että signaalina saatava jännitepulssi on aina samansuuruinen riippumatta tulevan hiukkasen energiasta Syntyy virtapulssi, joka aiheuttaa jännitepulssin vastuksen R päiden välille Piirissä, jonka muodostavat jännitelähde, vastus ja putki, jännitepulssi vastuksen päiden välillä aiheuttaa jännitteen laskun anodin (A) ja katodin (K) välillä ja purkaus päättyy Putki soveltuu siten hyvin hiukkasten tai γ- kvanttien lukumäärän laskemiseen (Jatkuvan purkauksen estämiseksi on putken jalo-

2 kaasutäytteeseen lisätty sammuttaja-ainetta, esimerkiksi alkoholia) Geigerilmaisin pystyy rekisteröimään uuden hiukkasen tai säteilykvantin vasta tietyn ajan kuluttua, jota sanotaan hukka-ajaksi τ Laskentataajuus (n) riippuu jännitteestä (U) kuvassa 2 esitetyn käyrän mukaisesti Geigerputken jännitettä nostettaessa pulsseja alkaa esiintyä vasta ylitettäessä putkelle ominainen ns syttymisjännite U o Käyrässä on välillä U 1 U 2 putken tasanne eli ns platooalue, jolla alueella pulssitaajuus on lähes jännitteestä riippumaton Toimintapiste valitaan tavallisesti tasanteen keskivaiheilta, jolloin jännitteen muutos on merkityksetön Hukka-ajan τ johdosta geigerilmaisin ei kykene rekisteröimään kaikkia putkeen saapuvia hiukkasia tai säteilykvantteja Olkoon putkeen aikayksikössä tulevien hiukkasten tai säteilykvanttien määrä N lmaisin rekisteröi niistä n kappaletta Kun hukka-aika on τ, on ilmaisin yhden aikayksikön (sekunnin) aikana kykenemätön laskemaan ajan nτ, missä ajassa rekisteröimättömiä pulsseja on Nnτ kappaletta Toisaalta Nnτ = N - n, mistä saadaan (1) n N = 1 nτ n N 2 N N 1 U o U 1 U 2 U Työn suoritus ja tulosten laskenta Putken ominaiskäyrä Kuva 2 Geigerputken ominaiskäyrä - Ominaiskäyrän määrityksessä käytetään säteilylähdettä 3 µg Ra - Haetaan syttymisjännite U o nostamalla hitaasti putken jännitettä ja seuraamalla, milloin laskuri alkaa laskea - Määritettäessä ominaiskäyrää käydään läpi työvuoron aikana ilmoitettavat jännitteet - Valitaan laskenta-ajaksi 10 s ja sama mittaus tehdään aina 10 kertaa Lasketaan keskiarvot mittaussarjoista

3 - Kun pulssimäärä jaetaan mittausajalla, saadaan laskentataajuus n, jolloin n:n yksiköksi tulee pulssia/s Näiden mittausten perusteella työselostuksessa esitetään graafisesti laskentataajuus n jännitteen U funktiona, jolloin saadaan kuvan 2 mukainen käyrä Tasanteen kaltevuus (eli putken hyvyysluku) lasketaan kuvan 2 merkintöjä käyttäen kaavasta (2) f ( N N ) 2 1 100% = ( U U )N 2 1 Putken hukka-aika - Hukka-ajan määrityksessä toimintajännite valitaan tasanteen keskivaiheilta ja menetellään seuraavasti: 1 Mitataan säteilylähteellä A (3 µg Ra) pulssimäärä (laskenta-aika 60 s) 5 kertaa ja lasketaan keskiarvo mittaussarjasta Saadaan laskentataajuus n A 2 Lisätään lyijylinnaan säteilylähde B (10 µg Ra) ja suoritetaan molempien säteilylähteiden ollessa paikoillaan (= 13 µg Ra) vastaavat mittaukset kuin edellä Saadaan laskentataajuus n AB 3 Poistetaan lyijylinnasta säteilylähde A ja suoritetaan mittaukset säteilylähteellä B (10 µg Ra) kuten edellä Saadaan laskentataajuus n B 4 Poistetaan lyijylinnasta viimeinenkin säteilylähde ja mitataan taustasäteily n 0 Myös taustasäteilyn mittauksessa tehdään 5 mittauksen sarja Lasketaan keskiarvo, joka vähennetään mittaustuloksista (keskiarvoista) - Hukka-aika lasketaan mitatuista laskentataajuuksista n A, n B, n AB ja n 0 käyttäen kaavaa na + nb nab n0 (3) τ = 2 n n n n ( ) A B 0 AB Gammasäteilyn absorptio Gammasäteilyn kulkiessa väliainekerroksen x läpi se heikkenee kaavan (4) = 0 e µ x mukaisesti Jos säteilyn intensiteetti ennen väliainetta on 0 ja väliainekerroksen paksuus on x, on intensiteetti väliaineen jälkeen Suure µ on aineelle ominainen absorptiokerroin (matkavaimennuskerroin) Sitä kerrospaksuutta, jolla säteilyn intensiteetti pienenee puoleen alkuperäisestä arvosta 0, kutsutaan puoliintumiskerrokseksi Työssä tutkitaan gammasäteilyn absorptiota väliaineessa Määritetään µ ja puoliintumiskerros x 1/2 Mittauksissa detektorina on geigerputki ja siihen liittyvä laskentayksikkö

4 Käytetään Ra-säteilylähdettä Kuvassa 3 on esitetty 226 Ra::n hajoamiskaavio, josta nähdään gammasäteilyn syntyminen (sotoopin 228 Ra radioaktiivisessa hajoamisessa syntyy β - säteilyä (puoliintumisaika 6,7 a )) 226 Ra α ( 4, 685 MeV ) α ( 4, 871 MeV ) 222 Rn γ ( 0, 186 MeV ) 222 Rn Kuva 3 226 Ra:n hajoamiskaavio Koska hiukkassäteily pysähtyy jo yhteen työssä käytettävään levyyn ja gammasäteily menee suurimmaksi osaksi läpi, voidaan gammasäteilyn absorptiota tutkia valitsemalla intensiteetiksi 0 se arvo, mikä on mennyt läpi yhdestä levystä Vastaavasti tuloksia laskettaessa tämä arvo vastaa paksuutta x = 0 Työn suoritus ja tulosten laskenta - Mitataan geigerlaskurin avulla pulssimäärä, kun Ra-säteilylähde on lyijylinnassa ja tämän päälle on asetettu yksi levy Valitaan laskenta-ajaksi esim 10 sekuntia ja suoritetaan sama mittaus 10 kertaa Tuloksia laskettaessa mittaussarjan keskiarvo vastaa yhtä tapausta - Lisätään levyjä yksi kerrallaan ja jokaisesta tapauksesta tehdään 10 mittauksen sarja - Edellä mitattu taustasäteilyyn liittyvä pulssimäärä (keskiarvo mittaussarjasta) vähennetään jokaista levymäärää vastaavasta pulssimäärästä (mittaussarjan keskiarvosta) - Lasketaan jokaista levymäärää vastaavasta tapauksesta ln(/ 0 ) ja kokonaiskerrospaksuus x - Työselostuksessa esitetään graafisesti ln(/ 0 ) kerrospaksuuden x funktiona Matemaattinen kaava edellyttää suoraviivaista riippuvuutta Johtuen siitä, että radioaktiivinen hajoaminen on umpimähkäinen tapahtuma, yksittäiset havaintopisteet voivat poiketa suoralta huomattavasti Tästä huolimatta graafiseen esitykseen lisätään regressiosuora ja määritetään suoran kulmakerroin Suora on laskeva ja sen kulmakerroin -a on matkavaimennuskerroin -µ, koska = e ln = µ x µ x 0 0 Työssä lasketaan myös puoliintumiskerroksen arvo kaavasta x 1/2 = ln2/µ

5 Lopputulokset Lopputuloksina esitetään: 1 Geigerputken hyvyysluku 2 Putken hukka-aika 3 Väliaineen matka-absorptiokerroin ja puoliintumiskerros

6 Oulun Seudun Ammattikorkeakoulu MTTAUSPÖYTÄKRJA LABORATOROTYÖ 5 RADOAKTVSUUSTYÖ Ryhmä: Pvm: Laatija: Työn ohjaaja: Käytetyt välineet: Mittaustulokset Syttymisjännite U o hukka-aika (t=60 s) absorptio (t=10 s) n A n AB n B n 0 0 levy 1 levy 2 levyä 3 levyä 4 levyä 5 levyä n n n n n n ka ka ka ka n A = n AB = n B = n 0 = ka ka ka ka ka ka τ= x 0 =0 mm x 1 = x 2 = x 3 = x 4 = x 5 =