Теоретични бележки

Изпълнение на упражнението

2. Измерва се фонът със статистическа точност 3 %.

3. Поставя се радиоактивният източник и се измерва скоростта на броене без поглътители с точност 13 %.

4. Между източника и детектора се поставят последователно тънки оловни пластинки и се измерва скоростта на броене със същата точност. Прави се корекция за фон.

5. Същата процедура се повтаря за медни пластинки.

6. Построяват се кривите на отслабване за олово и мед в полулогаритмичен мащаб и се определят коефициентите на отслабване за двата метала.

7. Пресмята се дебелината на слоя на полуотслабване за оловен и меден поглътител. С помощта на номограмата от фиг. ІІ.21 се определя енергията на -лъчите.

8. Определят се ефективните сечения за олово и мед.

Цел на упражнението е се покаже необходимостта от добро познаване на процесите на взаимодействие на лъчението с веществото при вземане на правилни решения за лъчезащита.

В заглавието на това упражнение се задава на пръв поглед един тривиален въпрос  когато искаме да се предпазим от облъчване, зад каква защита да се скрием. Най-често даваният отговор “разбира се, че зад по-голяма” не е верен.

Да разгледаме показаната на фиг. ІІ.22 опитна постановка, състояща се от -радиоактивен източник S и детектор D, с който се регистрира лъчението, преминало през защитния екран E. Използват се екрани от един и същ материал (напр. мед) с една и съща дебелина, но с различен размер  съответно означени като голям и малък екран. Връщайки се към въпроса кой екран осигурява по-добра защита, интуитивно се счита, че по-големият екран защитава по-добре. Но това не е така, както ще покажат измерванията в това упражнение.

Както бе показано в Допълнение 2 (израз ІІІ.28), експоненциалният закон за отслабване на -лъчи е в сила само за колимиран сноп. Това изискване се нарича условие за добра геометрия. Без ограничение на общността може да се приеме, че сечението на изследвания поток -кванти е кръг и той си взаимодейства с веществото на поглътителя (защитния екран) в границите на един цилиндър (фиг. ІІ.23) с дължина, дебелината на екрана и диаметър  диаметъра на падащия сноп - кванти. Ако радиусът на цилиндъра е сравним с дължината на свободния пробег на разсеяните кванти, отслабването на снопа -лъчи във веществото ще има друг характер. В този случай експоненциалният закон (2.23) вече няма да е в сила. В действителност, в детектора ще попадат вече не само квантите, които са излетели от източника в направление SA, но и квантите, чиято посока на излитане не съвпада с SA. На фиг. ІІ.23 са показани няколкото възможни пътя на -квантите. -квантът може да попадне непосредствено в детектора (път 1), да се разсее на някакъв ъгъл и след това да попадне в детектора (път 2), да се разсее два или повече пъти, преди да попадне в точка А (пътища 3 и 4) и т.н. Някои от -квантите не попадат в детектора поради това, че се поглъщат във веществото (път 5), а други излизат от цилиндъра, без да попаднат в детектора (път 6). Това е причината в детектора да попаднат по-голям брой -кванти, отколкото при измервания в условия на добра геометрия. Показаните на фиг. ІІ.23 условия на опита се наричат лоша геометрия. Те възникват винаги, когато размерите на средата, в която се разпространяват -квантите, са сравними с дължината на пробега им.

-квантите, които попадат в детектора след един или няколко акта на разсейване, имат по-ниска енергия от излъчената от източника, тъй като при комптоново разсейване енергията им намалява. В условията на “добра геометрия” всички кванти, попадащи в детектора, летят в една посока  по правата, съединяваща източника с детектора. При опита с “лоша геометрия” в детектора ще попадат и разсеяни -кванти, чиято посока на движение ще образува с посоката SA ъгъл, различен от 0 (например път 3 на фиг. ІІ.23).

Тъй като взаимодействието на -лъчите с веществото има статистически характер, пътищата на отделните -кванти в някаква среда ще имат различен вид, независимо от това, че първоначално фотоните имат еднакви енергии и посоки на движение. Това е показано на фиг. ІІ.24, на която са изобразени траекториите на три -кванта, влизащи в желязна пластина с дебелина 4,5 cm с еднаква енергия (E = 0,662 MeV за източник ¹³⁷Cs) и посока на движение. Пресмятането на възможните пътища е направено по метода на случайните проби, т. нар. метод Монте Карло. Техните проекции са представени върху двете равнини XZ и YZ (тези равнини са перпендикулярни една на друга и на повърхността на пластината). Както се вижда, съдбата на тези -кванти е различна. Квант I след четири комптънови разсейвания преминава през пластината. Квант II след три разсейвания върху електрони се поглъща в резултат на фотоефект. Квант III при първото разсейване се отклонява на голям ъгъл и излита обратно от пластината.

Задачата за разпространение на -кванти в условия на лоша геометрия е значително по-сложна. Резултатите могат да се разберат само ако се изследва не само интензитетът на лъчението, но и неговият спектрален състав и ъглово разпределение след преминаване през защитните екрани.

Опитната постановка е показана на фиг. ІІ.22. Използва се -източник ¹³⁷Cs, сцинтилационен детектор, едноканален анализатор и защитни екрани с различни диаметри.

1. Да се измери интегралният брой преминали -кванти, които сцинтилационният детектор регистрира, когато на пътя на лъчението се постави малък и голям защитен екран, и да се направи сравнение на получените резултати.