Absorpce  záření
1. Zdroj záření
Záření  je emitováno při přechodech atomového jádra mezi různými energiovými hladinami
jádra. Spektrum  záření je proto čarové a jeho energie většinou leží v oblasti 0,05 ­ 3 MeV.
V této úloze je ke kalibraci energiové stupnice spektrometru použit zářič 137
Cs, který
je zdrojem záření s energií 0,6617 MeV, a k vlastnímu měření zářič 60
Co emitující fotony
s energiemi 1,1725 a 1,3325 MeV. Rozpadové schéma jádra 60
27Co je na obr. 1. Protože doba
života -zářičů bývá krátká, je použit 60
Co, který je zářičem
s poločasem rozpadu 5,24
let. Produktem rozpadu tohoto izotopu kobaltu je 60
28Ni s excitovaným jádrem, které je
schopné přejít do nižších energetických stavů emisí  záření.
gama, 0.0589 MeV
beta , 0.312 MeV-
2
5
+
+
beta , 1.56 MeVT
= 10.47 min
T = 5.24 r
gama, 1.332 MeV
gama, 1.173 MeV
Ni
60
28Co
60
27
Obrázek 1: Rozpadové schéma 60
27Co.
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
I = I0 exp(-d) ,
kde  je lineární součinitel zeslabení. Tento součinitel závisí na složení absorbujícího materiálu
i na druhu absorbovaného záření. U gama záření lze pro  psát
 = f + C + p ,
kde f je lineární součinitel zeslabení pro fotoefekt, C pro Comptonův jev a p pro
tvorbu elektron ­ pozitronových párů. Na obr. 2 je vynesena závislost jednotlivých účinných
průřezů pro průchod gama záření olovem.
Lineární součinitel zeslabení  je funkcí energie záření . Dále je definován tzv. hmotnostní
součinitel zeslabení m pro nějž platí m = /, kde  je hustota absorbující látky.
1
Obrázek 2: Účinný průřez gama záření při průchodu olovem. 1 - celkový učinný
průřez, 2 - účinný průřez pro tvorbu párů, 3 - účinný průřez pro Comptonův jev, 3 - účinný
průřez pro fotoefekt.
V Tab.1 jsou uvedeny hmotnostní součinitele zeslabení pro nejčastěji užívané stínící materiály
v závislosti na energii  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: Al = 2700 kg m-3
, hustota olova: P b = 11340 kg m-3
, hustota vzduchu:
vzd.
.
= 1.293 kg m-3
, hustota plexiskla: plx = 1180 kg m-3
.
Hmotnostní součinitelé zeslabení m (m2
kg-1
)
energie  103
 m
(MeV) Al 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 m pro Al, Pb a vzduch pro různé energie
záření .
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
fotonásobiče 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  záření ve třech různých látkách (k dispozici jsou např. hliník,
olovo, měď, plexisklo).
5. Postup práce
1. V adresáři cassy spustťe program mca (anglická verze) nebo vka (německá verze).
2. Zvolte dobu měření, nastavte
"
resolution 9 bit" a
"
attenuator on".
3. Naměřte energiové spektrum zářiče 137
Cs a ocejchujte stupnici energií. Pomocí klávesy
F6 znovu zobrazíte naměřený graf, F9 zobrazí kurzor, najedťe s kurzorem do maxima
píku a po stisku klávesy Enter zdejte hodnotu energie  záření nuklidu 137
Cs (662 keV).
4. Naměřte energiové spektrum  záření nuklidu 60
27Co. Dále naměřte koeficienty absorpce
 záření třech různých materiálů pro oba píky záření 60
Co. (Mezi radionuklid
a detektor postupně vkládejte desky ze zvoleného materiálu a naměřte počet detekovaných
pulzů  záření jednotlivých fotopíků. Tloušťku desek měřte jednotlivě
posuvným měřidlem.) Získané hodnoty porovnejte s tabelovanými.
Intenzitu záření pro jednotlivé energie určete integrací plochy pod příslušným píkem.
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  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