Kattints a képre a bemutató videó megtekintéséhez.
Egy olyan berendezést állítottunk elő, amely számszerű összefüggést állít fel az alfa sugárzás intenzitására. Kimutatja, hogy a becsapódások intenzitása függ a távolságtól. Az eszköz egy LEGO EV3 robottal támogatott berendezés, amely kamerával van felszerelve. A motor segítségével a radioaktív tárgy centiméterenként közelíthető és távolítható a kamerától számítógépről irányítva. A kamera képén az alfa-sugárzás apró pixelváltozásokat eredményez, melyen, ha képfelismerő programmal vizsgáljuk, tudjuk számolni a becsapódások számát. Megfigyelhetjük azt, hogy a távolság változásával a becsapódás intenzitása csökken. Tehát az alfa sugárzás minőségi és mennyiségi vizsgálatát tudjuk elvégezni. Részletesebben lásd a videót, link fent, vagy kattints ide.
- Hardver:
A dobozt elsötétíthetőre készítettük, hiszen a mérést csak sötét kameraképpel lehet végezni, hogy alfa-sugárzás okozta fehér felvillanások elkülöníthetők legyenek a többi pixeltől. A radioaktív tárgy betevését úgy oldottuk meg, hogy a doboz oldalát levehetővé tettük. - Szoftver:
A mérés kezdése előtt be lehet állítani, egy csúszka segítségével, hogy milyen világos pixeleket számoljon a program alfabecsapódásnak. Ezt a lehetőséget azért találtuk ki, mert nem tudtuk, hogy milyen világosak lesznek a felvillanások. Emellett azt is megadhattuk, hogy hány másodpercig zajlódjon a mérés. A vizsgálat közben a program megkeresi a beállítás szerint eléggé világos pixeleket, megszámolja őket, elmenti a koordinátáikat, majd megjeleníti az adatokat (távolság, fehérpixelszám, idő) és egy összesítő képet is készít a felvillanásokról. Azzal is számoltunk, hogy 1 pixelhez több alfa-részecske is érkezik. Ezt különböző színekkel jelöltük volna, de nem következett be ilyen.
Az alfa-sugárzást már az ATOMKI és a Debreceni Egyetem csapata is ”láthatóvá tette”. Mi, velük ellentétben, a manuális mozgatás helyett a mechanikusat választottuk. Továbbá számszerű kimutatást is készítettünk, a sugárzás intenzitásáról.
- Radioaktivitás:
A radioaktív anyagok külső behatás vagy energiaforrás nélkül energiát hordozó sugárzást bocsátanak ki. Mi alfa-sugárzással dolgoztunk, mert a radioaktív anyagból kilépő hélium atommagok(részecskénként 2db proton és 2db neutron) a levegőben maximum 3-8cm-re jutnak el és a papírlapon vagy a bőrünkön már át sem tudnak hatolni, így ezzel biztonságosan el lehet végezni a kísérletet. Azonban tilos megfogni a sugárforrást, mert a sugárzás károsodást okozhat a bőrünkön a hatótávolságon belül.
- Kamera:
Az alfa-részecskék a kamera töltéseit(elektronok) a fotonokhoz(fényrészecske) hasonlóan elmozdítják, ezzel fehérre színeznek a kijelzőn 1-1 pixelt. Hasonló jelenséget láthatunk a csernobili atomkatasztrófáról készült felvételeken is.
- Miért közvetett módon, a motor fokszámolójával mértük a távolságot?
A távolság méréséhez ultrahang szenzort akartunk használni, de az alumínium doboz miatt változtatnunk kellett a tervünkön. Ugyanis a vas kivételével a fémek jobban verik vissza az ultrahangot, ami megzavarja a mérést. Ezért a motor fokszámolójára bíztuk ezt a feladatot. Próbálgatással megnéztük, hány fokot kell forduljon a motor ahhoz, hogy a radioaktív anyag tartója kb. 1 cm-t közeledjen a kamera felé, és az így kapott értéket használtuk a programban. Fontos megjegyezni, hogy a lego robot nem alkalmas a pontos mozgatásra, mérésekre; jelen kísérletben néha 1-1 milliméter hibákat ejtett.
- Miért csökken a becsapódások intenzitása a távolság növekedésével?
A kamerától távolodva a sugárforrás szemszögéből egyre kisebb szögben látszik a kamera. Olyan, mintha a kamera mérete csökkenne. Így a kamera területére kevesebb alfa-részecske érkezik, ahogy egy kis ablakon kevesebb napsugár hatol be, mint egy nagyon.
Végig látatlanban dolgoztunk a projekten. A munkánk kipróbálásához el kellett menjünk a Debreceni Egyetem Fizika Karára, ahol fizikusok felügyelete mellett kísérletezhettünk a radioaktív anyaggal szennyezett tárggyal. Ahogy a radioaktív tárgy bekerült a helyére, rögtön látszódtak a felvillanások.
A kamera tesztelése után indulhattak a mérések. Először csak pár másodperig figyelte a program a becsapódásokat, de úgy nem releváns eredményeket kaptunk. Tehát áttértünk a hosszabb idejű mérésekre. Közben megnéztük a programkészítette képeket, amik jól sikerültek. A 30 másodperces méréseknél megvalósult a célunk: Az eredmények kimutatják, hogy a távolság a becsapódás intenzitásával fordítottan arányos.
