1. No category

TURUN AMMATTIKORKEAKOULU
TEKNIIKKA JA LIIKENNE
FYSIIKAN LABORATORIO
TYÖOHJE
1/4
Radioaktiivisen säteilyn läpitunkevuus
1. Työn tavoite
Työssä perehdytään radioaktiivisen aineen lähettämän beetasäteilyn havaitsemiseen ja tutkitaan sen absorboitumista väliaineeseen.
2. Teoriaa
Radioaktiiviset aineet ja niiden lähettämä ionisoiva säteily kuuluvat
luonnollisena osana elinympäristöön. Säteilyä voidaan havaita erilaisilla
mittareilla, joista yleinen on tässäkin työssä käytettävä geigermittari.
Ionisoiva säteily on ihmiselle haitallista ja suuri tai pitkäaikainen altistus kasvattaa syöpäriskiä. Fysiikan laboratoriotöissä käytettävät säteilylähteet ovat kuitenkin niin heikkoja, ettei niistä ole vaaraa, kunhan toimitaan ohjeiden mukaan.
Radioaktiiviset aineet lähettävät säteilyä, joka voi olla hiukkassäteilyä
tai sähkömagneettista säteilyä. Hiukkassäteilyä ovat alfa- ja beetasäteily. Alfasäteilyä syntyy, kun aineen ydin hajoaa lähettämällä α-hiukkasen,
joka on heliumydin. Alfahajoaminen on tyypillistä raskailla ytimillä. Beetasäteilyä taas syntyy ytimen beetahajoamisen yhteydessä, jolloin ydin
emittoi β-hiukkasen (elektroni tai positroni). Gammasäteily on sähkömagneettista säteilyä ja sitä syntyy yleensä alfa- ja beetahajoamisen yhteydessä.
Tässä työssä tutkitaan beetasäteilyn absorboitumista aineeseen. Beetasäteilyn energiaspektri on jatkuva (kuva 1) nollasta tiettyyn maksimienergiaan Emax asti. Maksimienergia vastaa hajoavan ytimen alku- ja
lopputilan energioiden erotusta.
Spektrin jatkuvuus johtuu siitä, että beetahiukkasen kanssa syntyy yhtä
aikaa lepomassaltaan erittäin pieni ja varaukseltaan neutraali hiukkanen,
neutriino, joka vie osan energiasta. Beetahiukkasen energia riippuu siitä,
kuinka käytettävissä oleva energia on jakautunut beetahiukkasen ja neutriinon kesken.
___________________________________________________________________________________________________
Radioaktiivisen säteilyn läpitunkevuus
TURUN AMMATTIKORKEAKOULU
TEKNIIKKA JA LIIKENNE
FYSIIKAN LABORATORIO
TYÖOHJE
2/4
Beetasäteily absorboituu ainekerrokseen kokonaan, kunhan kerros on
riittävän paksu. Sitä ainekerroksen vahvuutta, johon suurienergiaisinkin beetasäteily jää kokonaan, kutsutaan maksimikantamaksi
Rmax. Säteilyn yhteydessä ainekerroksen vahvuus ilmoitetaan usein
pinta-alamassana, jonka tunnus on A ja mittayksikkö kg/m2 tai kerrannaiset, kuten mg/cm2.
Maksimikantama Rmax riippuu beetajakauman maksimienergiasta Emax, joka puolestaan riippuu kysymyksessä olevasta radio-aktiivisesta isotoopista.
Sitävastoin maksimikantama on lähes riippumaton väliaineen koostumuksesta.
3. Työn suoritus
Tutkitaan beetasäteilyn absorboitumista valvojan määräämään aineeseen mittaamalla säteilyn laskurissa aiheuttamaa laskentataajuutta 4-5
minuutin jaksoissa (mittayksikkönä on tässä vaiheessa pulssia/4-5 min).
Jakso pidetään koko mittauksen ajan samana. Laskentataajuus on verrannollinen säteilytysvoimakkuuteen. Mittauksen vaiheet ovat:
1. Mitataan taustasäteilyn aiheuttama laskentataajuus. Säteilylähde on
tällöin niin kaukana, ettei sen säteily pääse ilmaisimeen. Tämän jälkeen
pyydetään säteilylähde valvojalta.
2. Mitataan säteilyn aiheuttama laskentataajuus suoraan lähteestä.
3. Asetetaan lähteen ja geigerlaskurin väliin tutkittavaa ainetta olevia
levyjä. Joihinkin niistä on merkitty pinta-alamassan suuruus yksikkönä
mg/cm2. On kuitenkin hyvä tarkistaa niiden paikkansapitävyys. Havaintoja tehdään sellaisilla levy-yhdistelmillä, että piirrettävään kuvaajaan saadaan havaintopisteitä koko alueelle. Alueella, jossa laskentataajuuden pieneneminen alkaa hidastua, on syytä muuttaa pinta-alamassaa
pienemmin portain. Kun laskentataajuus alkaa olla sama kuin alussa
mitatun taustasäteilyn, otetaan silti vielä muutama havaintoa.
4. Kun edellisen kohdan mittaukset on tehty, säteilylähde laitetaan takaisin lyijykammioonsa ja siirretään etäälle ilmaisimesta.
5. Mitataan taustasäteily uudestaan ilman säteilylähdettä ja levyjä.
Lähemmät ohjeet laitteiden toiminnasta löydät työpaikalta. Valvoja antaa säteilylähteen.
___________________________________________________________________________________________________
Radioaktiivisen säteilyn läpitunkevuus
TURUN AMMATTIKORKEAKOULU
TEKNIIKKA JA LIIKENNE
FYSIIKAN LABORATORIO
TYÖOHJE
3/4
4. Tulosten käsittely
no
Piirretään millimetripaperille kuvio, joka esittää laskentataajuutta
pinta-alamassan funktiona. Saadaan
kuvan 2 kaltainen graafinen esitys, joskin kuvaajan
yksityiskohtainen
muoto
saattaa vaihdella, sillä se
riippuu
myös
mittausgeometriasta, tässä tapauksessa
erityisesti
ilmaisimen etäisyydestä säteilylähteestä.
Kuva 2. Beetasäteilyn laskentataajuus pinta-alamassan funktiona lin-lin-koordinaatistossa.
V 5.2002
Kuvassa 2 tarkoittaa no
laskentataajuutta suoraan lähteestä ilman absorbaattorilevyjä. Se saadaan pisteistöön piirretyn tasoitetun käyrän ja n-akselin leikkauspisteestä (mitattu arvo ei välttämättä ole sama, kuten kuvasta näkyy). Määritetään kuvaajasta se kantama, jolla laskentataajuus tasaantuu taustasäteilyn tasolle. Tämä on maksimikantama Rmax.
Luetaan beetasäteilyn maksimienergia seuraavan sivun kuviosta edellä
saadun maksimikantaman kohdalta. Tuloksina ilmoitetaan maksimikantama ja maksimienergia.
___________________________________________________________________________________________________
Radioaktiivisen säteilyn läpitunkevuus
TURUN AMMATTIKORKEAKOULU
TEKNIIKKA JA LIIKENNE
FYSIIKAN LABORATORIO
TYÖOHJE
4/4
B EETAS ÄTEILYN KAN TAMA MAKS IMIEN ERGIAN
F U N KTION A
10000
R m a x / m g/cm 2
1000
100
10
1
0,1
0,01
0,1
1
10
E m a x / MeV
___________________________________________________________________________________________________
Radioaktiivisen säteilyn läpitunkevuus