Studium radioaktivity a základní způsoby ochrany před ionizujícím zářením

Soubor tří úloh – ochrana vzdáleností před radioaktivním zářením, ochrana stínicím materiálem před radioaktivním zářením a studium radiačního pozadí. Vzdálený experiment se skládá drobného zdroje záření gama o energii 60 keV (241Am, 300 kBq; záření alfa je odstíněno) a ze dvou Geigerových-Müllerových čítačů. Jeden monitoruje přírodní radioaktivní pozadí, druhý je připevněn k XY polohovacímu zařízení, které uživateli umožňuje měnit jednak vzdálenost od zářiče, jednak stínicí vrstvy různých tlouštěk (0–2,5 mm po 0,5 mm, měď Cu) a navíc z různých materiálů (Al, Fe, Pb – tloušťky 1,0 mm; vzduch) pro kvalitativní srovnání stínicích účinků jiných kovů. Uživatelé si mohou naměřit vlastní data (např. automatické měření opakuje měření v každém bodě třikrát), příp. stáhnout data z dlouhodobého měření, které server provádí automaticky a cyklicky ve všech pozicích v době, kdy není žádný uživatel přihlášen. Studenti se seznamují se zákonitostmi platnými pro radioaktivní rozpad jako příklad náhodného jevu a pro šíření záření v prostředí ve třech dílčích úlohách. Důležitou součástí úloh je využití statistického zpracování ke kvalitativnímu popisu a pochopení významu počtu opakování měření (velikosti statistického souboru) a významu aritmetických průměrů, které pro větší počet měření konvergují k hladké křivce, s níž můžeme srovnávat teoretickou závislost.

Studium radioaktivity - Ochrana vzdáleností

Studium radioaktivity - Ochrana vzdáleností

V této úloze se žáci/studenti mohou přesvědčit, jak klesá naměřený počet pulzů s rostoucí vzdáleností od zářiče. Zákon převrácených čtverců však nemůže souhlasit s naměřenou závislostí přesně, protože nejsou splněny podmínky jeho odvození – terčík v zářiči není bodovým zdrojem a účinná plocha G-M trubice poblíž zářiče neodpovídá sférické ploše. Úloha je tedy vhodná pro pokročilejší zájemce o fyziku a vyžaduje diskusi nesouladu měření s teoretickou závislostí.

Studium radioaktivity - Ochrana stíněním, ověření Lambertova-Beerova zákona

Studium radioaktivity - Ochrana stíněním, ověření Lambertova-Beerova zákona

V této části laboratorní úlohy je možné měnit stínicí vrstvy různých tlouštěk (0–2,5 mm po 0,5 mm, měď Cu) nebo měnit různé materiály (Al, Fe, Pb – tloušťky 1,0 mm; vzduch) pro kvalitativní srovnání stínicích účinků jiných kovů. Naměřenými body závislosti počtu pulzů na rostoucí tlouštce stínicí vrstvy lze zpravidla velmi dobře proložit exponenciálu podle Lambertova-Beerova zákona. V diskusi lze zhodnotit účinnost ochrany stíněním a srovnat stínicí účinky různých kovů – Al, Cu, Fe a především Pb.

Studium radioaktivity - Přírodní radiační pozadí, ověření Poissonova rozdělení

Studium radioaktivity - Přírodní radiační pozadí, ověření Poissonova rozdělení

Cílem této dílčí úlohy je demonstrovat jednak existenci ionizujícího záření pozadí jako přirozené součásti našeho životního prostředí a jednak ukázat náhodný charakter tohoto záření, přičemž průměrné hodnoty výběru se v čase nemění. Zájemci si mohou prakticky osvojit pojem četnost výskytu a ověřit platnost Poissonova rozdělení pro experimentálně zjištěné rozdělení četností výskytu jednotlivých hodnot počtu pulzů 0 až zjištěné maximum.