12138

ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ В СВИНЦЕ

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа №23 ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ ГАММАИЗЛУЧЕНИЯ В СВИНЦЕ Цель работы: Измерение коэффициентов поглощения излучения твердыми телами. Определение энергии квантов и механизма взаимодействия излучения с веществом по коэффициентам...

Русский

2013-04-24

750 KB

56 чел.

Лабораторная работа №23

ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА

ПОГЛОЩЕНИЯ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ В СВИНЦЕ

Цель работы: Измерение коэффициентов поглощения -излучения твердыми телами. Определение энергии -квантов и механизма взаимодействия излучения с веществом по коэффициентам поглощения.

Теоретические сведения

Строение атомного ядра

Существование атомных ядер впервые было экспериментально доказано в знаменитых опытах Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. В этих опытах удалось также установить размеры ядра. Оказалось, что диаметр ядра имеет порядок 10-12-10-13 м. На основании этих опытов возникла планетарная модель атома, которая была детально разработана Н.Бором. Теория Бора позволила объяснить многие наблюдаемые свойства атомов.

По современным представлениям ядро атома любого элемента состоит из протонов и нейтронов, называемых нуклонами. Основные характеристики стабильных ядер - это зарядовое число Z, равное числу протонов, входящих в состав ядра, и массовое число А, равное полному числу нуклонов и ядре. Число N нейтронов в ядре, очевидно, равно разности А - Z

Так как заряд протона представляет собой элементарный положительный заряд e=1,6 10-19 Кл, то электрический заряд ядра равен Ze. В нейтральном атоме полное число электронов в электронной оболочке равно Z . Поэтому зарядовое число Z ядра совпадает с порядковым номером элемента в периодической системе Менделеева и определяет все его химические свойства.

Наряду с термином "ядро атома" используется также термин нуклид. Нуклиды с одинаковыми зарядовыми числами Z, но различными числами нейтронов N, называются изотопами, так как соответствуют одному и тому же химическому элементу, т.е. одному и тому же элементу в таблице Менделеева. Химические элементы имеют по несколько изотопов и в природе встречаются в виде смесей определенного процентного состава. Нуклиды с одинаковыми массовыми числами А, но с различными Z и N, называются изобарами (т.е. одинаково тяжелыми).

Массы протонов и нейтронов очень близки: масса протона mn= l836,15me, масса нейтрона mn=1836,68me, где me=0,91095 10-30 кг – масса электрона. Поэтому масса нуклида практически определяется общим числом А входящих и него нуклонов, а не значениями Z и N. За атомную единицу массы (а.е.м.) принимают 1/12 часть массы нуклида изотопа углерода 6C, содержащего 12 нуклонов. Поэтому в атомных единицах масса любого нуклона почти не отличается от единицы. В этих единицах масса ядра приближенно равна массовому числу А.

Энергия связи

Неточное совпадение массы нуклида с его массовым числом обусловлено не только различием масс протонов и нейтронов, но и тем, что их массы не складываются аддитивно в массу образуемого ими нуклида М:

М <Zmp +Nmn.

Разность между суммой масс протонов и нейтронов Zmp +Nmn, и массой ядра М называется дефектом массы. Дефект массы определяет энергию связи ядра EСВ, т.е. ту энергию, которую необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на отдельные нуклоны:

Eсв=(Zmр + Nmn - M)c2                                      (1)

где с - скорость света в вакууме.

Соотношение (1) является следствием общей релятивистской формулы Е0=m0c2 , связывающей энергию покоя любого тела с его массой то. Очевидно, что энергия связи характеризует взаимодействие между нуклонами в ядре.

Фундаментальные взаимодействия.

В природе существует четыре типа фундаментальных взаимодействий: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное. Эти взаимодействия отличаются интенсивностью процессов, вызываемых среди элементарных частиц.

Об интенсивности взаимодействий можно судить по скорости (или степени вероятности) процессов, вызываемых ими. Обычно для сравнения берут скорости процессов при энергиях сталкивающихся частиц около 1 ГэВ (такая энергия характерна для физики элементарных частиц). Сравнительные характеристики этих четырех типов взаимодействия приведены в таблице, где указаны интенсивности взаимодействий по сравнению с сильным, принятым за единицу, а также длительность процессов и радиус действия соответствующих сил.

Взаимодействие

Интенсивность

Длительность процессов, с

Радиус действия, см

Сильное

Электромагнитное

Слабое

Гравитационное

1

10-2

10-14

10-31

10-23

10-20

10-9

-

10-13

10-16

Остановимся более подробно на характеристике этих взаимодействий.

1. Сильные взаимодействия удерживают нуклоны в атомных ядрах. Эти взаимодействия короткодействующие: на расстояниях свыше 10-11 см они прекращаются, вследствие чего сильные взаимодействия не способны создавать структуры макроскопических размеров. Вплоть до расстояний 7∙10-14 см они проявляются как силы притяжения, на меньших расстояниях – как силы отталкивания. Силы отталкивания настолько быстро растут с уменьшением расстояния, что нуклоны в ядре можно рассматривать как соприкасающиеся частицы неизменных размеров. На основании опытных данных можно заключить, что протоны и нейтроны в отношении сильного взаимодействия ведут себя практически одинаково: ядерные силы между двумя протонами, двумя нейтронами или протоном и нейтроном неразличимы. Поэтому протоны и нейтроны в ядре можно рассматривать как два различных зарядовых состояния одной и той же частицы-нуклона. Независимость ядерных сил от зарядового состояния называется протонической инвариантностью.

2. Электромагнитные взаимодействия осуществляются через электромагнитное поле. Они значительно слабее сильных взаимодействий, однако из-за дальнодействия электромагнитные силы во многих случаях оказываются главными. Именно эти силы вызывают разлет осколков, которые образуются при делении атомных ядер. Эти силы, ответственны за все электрические и магнитные явления, наблюдаемые нами в различных формах их проявления: оптических, механических, тепловых, химических и т.д.

3. Слабые взаимодействия весьма малы по сравнению с сильными и электромагнитными. Слабые взаимодействия являются универсальными: они присутствуют во всех взаимодействиях. Это взаимодействие описывает процесс превращения нейтрона в протон при β-распаде.

4. Гравитационные взаимодействия самые слабые. Они универсальны. Но для элементарных частиц эти взаимодействия никакого значения не имеют, поэтому современная физика элементарных частиц – это физика без гравитации. В связи с этим в дальнейшем под фундаментальными мы будем понимать только сильные, электромагнитные и слабые взаимодействия.

Практически все элементарные частицы являются  нестабильными (за исключением фотона, электрона и трех нейтрино). Время жизни таких частиц варьируется в пределах от 10-18 до 10-11 с (у так называемых резонансов еще меньше). Но в некоторых случаях оно оказывается весьма продолжительным: например, среднее время жизни свободного нейтрона составляет 11,7 мин.

Кулоновское отталкивание протонов

Энергия связи нуклонов в ядре уменьшается из-за кулоновского отталкивания между протонами. Это кулоновское отталкивание является дальнодействующим в отличие от "контактного" сильного взаимодействия, действующего только между соприкасающимися нуклонами. Для легких ядер эффект кулоновского отталкивания не играет существенной роли, но для тяжелых ядер ситуация уже иная. В самом деле, энергия кулоновского отталкивания определяется попарным взаимодействием всех Z протонов ядра и потому пропорциoнальна Z(Z-l), т.е. пропорциональна Z2 при Z1. Энергия притяжения нуклонов из-за сильного взаимодействия, как уже отмечалось, пропорциональна пол ному числу нуклонов А. Так как числа протонов и нейтронов в устойчивых ядpax приблизительно одинаковы, то эта энергия фактически пропорциональна Z. Поэтому с ростом Z роль кулоновской энергии увеличивается. Этим объясняется уменьшение удельной энергии связи тяжелых ядер с возрастанием Z .

Ядерные связи между нуклонами наиболее прочны, когда числа протонов i нейтронов Z и N одинаковы, т.е. в ядре как бы образуются протон-нейтронны пары. Поэтому у легких стабильных ядер, где роль кулоновского взаимодействия невелика, числа протонов и нейтронов одинаковы. Однако у ядер с большими атомными номерами для обеспечения устойчивости требуются дополни тельные нейтроны. Это обусловлено возрастанием относительной роли кулоновского взаимодействия между протонами. Устойчивость ядра с ростом Z достигается вплетением все большего числа нейтронов. У ядер элементов, еле дующих за свинцом (Z > 82), уже так много протонов, что полная их стабильность оказывается вообще невозможной.

Наибольшей устойчивостью и распространенностью в природе отличаются ядра, у которых число протонов или число нейтронов равно одному из так называемых магических чисел: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Если у ядра одновременно являются магическими как число нейтронов, так и число протонов, то таки дважды магические ядра отличаются особенно большой устойчивостью. Таких ядер всего пять: Не, О, Са, Са, РЬ. Повышенная устойчивость магических ядер объясняется так называемой оболоченной моделью ядра.

Радиоактивность

Наряду со стабильными ядрами существуют радиоактивные ядра, в которых происходит самопроизвольное изменение состава. Большая часть известных радиоактивных ядер получена искусственно путем бомбардировки мишеней различными частицами. Известно несколько видов радиоактивного распада.

Альфа-распад.

При -распаде из ядра спонтанно вылетает -частица - ядро атома гелия Не . При этом зарядовое число Z ядра в соответствии с законом сохранения электрического заряда уменьшается на два и образуется ядро нового химического элемента, который сдвинут влево относительно исходного на две клетки периодической системы.

Бета-распад.

При -распаде из ядра вылетает электрон и электронное антинейтрино. Существование этой электрически нейтральной частицы было предположено Паули для объяснения кажущегося нарушения закона сохранения энергии в элементарном акте -распада. В -распаде распределение энергии между вылетающим электроном и антинейтрино имеет случайный характер. Поэтому в отличие от -частиц, вылетающих из данного ядра с вполне определенной энергией, вылетающие электроны могут иметь разную энергию.

При -распаде вылетающий электрон не существует внутри ядра, а образуется там при превращении нейтрона в протон. В этом смысле говорят, что -распад – это не внутриядерный, а внутринуклонный процесс он затрагивает более глубокие изменения структуры вещества, чем -распад. Теория -распада была разработана Ферми на основе предположения о так называемом слабом взаимодействии, описывающем превращение нейтрона в протон.

При -распаде массовое число А ядра не меняется, а зарядовое число Z увеличивается на единицу: образуется новый химический элемент, который двинут в периодической системе вправо на одну клетку.

Гамма-распад.

В отличии от - и -радиоактивных распадов так называемая -радиоактивность ядер не связана с изменением внутренней структуры ядра и не сопровождается изменением зарядового или массового чисел. Вылет из ядра -кванта (фотона высокой энергии) происходит при спонтанном переходе ядра из некоторого долгоживущего возбужденного состояния в основное состояние.

Возбуждение ядер возникает при их радиоактивном (альфа или бета) распаде, при ядерных реакциях или делении ядер. Верхняя граница энергий -квантов при -распаде составляет ~ 0,5 МэВ, а при -распаде ~ 3 МэВ. Гамма-излучение является сильно проникающим излучением. Длина пробега в воздухе излучения составляет 1104 см, а в металлах порядка нескольких сантиметров. Это свойство -излучения - большая проникающая способность, используется в дефектоскопии для контроля качества сварных соединений ответственных деталей: трубопроводов, котлов, корпусов реакторов и т.д. Длина волны -излучения при радиоактивных распадах лежит в пределах 1-0,001. В ускорителях получают -излучение с длиной волны до 110-6 .

Закон радиоактивного распада

Радиоактивный распад не зависит от внешних условий в широком интервале изменения таких параметров, как температура и давление. Закон радиоактивного распада, т.е. зависимость от времени числа N(t) еще не распавшихся к данному моменту ядер некоторого радиоактивного образца, легко получить из предположения, что вероятность распада является постоянной для данного вида ядер величиной, не зависящей от того, сколько времени уже "прожило" данное радиоактивное ядро. За малый промежуток времени At количество не распавшихся ядер N(t) изменится на число N, пропорциональное количеству имеющихся ядер N(t) и этому промежутку t:

N = -N(t)t.     (2)

Коэффициент пропорциональности - это и есть не зависящая от времени вероятность распада ядра. Знак минус в (2) соответствует уменьшению со временем числа не распавшихся ядер. Формула (2) означает, что скорость  изменения искомой функции N(t) пропорциональна самой функции:

.

Отсюда следует, что N(t) убывает со временем по экспоненциальному закону:

,                                            (3)

где N0 – начальное число радиоактивных ядер при t=0. Можно показать, что величина - это среднее время жизни радиоактивного ядра.

Часто закон радиоактивного распада (3) записывают в виде

                                                       ,            (4)

используя основание 2 вместо е. В этом случае величина Т называется периодом полураспада. Очевидно, что Т - это время, в течение которого распадается половина первоначального количества ядер. Сравнивая правые части формул (3) и (4), видим, что

.   (5)

На рис. 1 приведена схема превращений нестабильного естественного изотопа урана-238 в процессе радиоактивного распада. Здесь же приведены периоды полураспада образующихся ядер.

Число распадов в секунду в радиоактивном образце называется его активностью. Единицу измерения активности (в системе СИ) назвали беккерелем (Бк) в честь ученого, открывшего явление радиоактивности; один беккерель равен одному распаду в секунду.

Иногда пользуются внесистемной единицей активности радиоактивного вещества, называемой кюри. Активность в 1 кюри равна активности 1 г радия. Измерения показали, что в 1 г радия в 1 секунду происходит 3,71010 распадов. Следовательно, 1 кюри какого-либо радиоактивного элемента есть такое его количество, при котором в 1 секунду в нем происходит 3,71010 распадов. Таким образом 1 кюpи=3,71010  Бк.

Для оценки воздействия -излучения на живой организм вводится величина называемая мощностью эквивалентной дозы (МЭД) показывающая величину энергии -излучения в Джоулях, поглощаемую 1 кг веса живого организма за 1 час и умноженную на коэффициент, учитывающий неодинаковую радациоционную опасность для организма разных видов ионизирующего излучения.

За единицу МЭД принимается один Зиверт/час (Зв, Sv), равный для -излучения поглощенной дозе в 1 Дж/кг за 1 час

.

Радиоактивный распад ядер

Вид излучения

Нуклид

Период полураспада

Уран – 238

4,47 млрд. лет

Торий – 234

24,1 суток

Радий – 234

1,17 минут

Уран – 234

245000 лет

Торий – 230

80000 лет

Радий – 226

1600 лет

Радон – 222

3,823 суток

Полоний – 218

3,05 минут

Свинец – 214

26,8 минут

Висмут – 214

19,7 минут

Полоний – 214

0,000164 секунды

Свинец – 210

22,3 лет

Висмут – 210

5,01 суток

Полоний – 210  

138,4 суток

Свинец – 206

стабильный

Рис. 1. Схема распада урана – 238

Взаимодействие гамма-квантов с веществом.

Существует три основных процесса взаимодействия -квантов и вещества. Это: явление фотоэффекта, эффект Комптона и процесс образования пар электрон-позитрон.

Фотоэффект.

Явление заключается в том, что -квант, взаимодействующий с веществом, передает всю свою энергию электрону, который в свою очередь может принять участие в других процессах. Баланс энергии фотоэффекта описывается формулой Эйнштейна

h = А + Ek,

где А - работа выхода атома, а Еk - кинетическая энергия электрона.

Для -квантов Ah, поэтому можно считать, что вся энергия -квантов переходит в кинетическую энергию электрона. При этом число выбиваемых электронов уменьшается с ростом энергии γ-кванта (рис.2, кривая -1).

Эффект Комптона.

Эффект проявляется в рассеянии -кванта на электроне. При этом рассеянный квант имеет большую длину волны, чем первичный -квант. Изменение длины волны излучения при этом процессе определяется соотношением

,

где .

Величина 0 – называется комптоновской длиной волны электрона.. Угол есть угол рассевания. Разность энергий падающего и рассеянного -квантов переходит в кинетическую энергию электрона отдачи. Таким образом в явлении Комптона энергия -квантов частично расходуется на выбивание электронов (электроны отдачи) и появление квантов света, которые в свою очередь приводят к фотоэффекту и эффекту Комптона. Количество электронов вещества участвующих в комптоновском рассеянии уменьшается с ростом энергии γ-квантов (рис. 2).

Образование пар.

Процесс образования электрон-позитронных пар начинается с энергий -квантов 1,02106 эВ (рис.2). Эта величина есть удвоенное значение энергии покоя электрона или позитрона. Взаимодействие протекает в одной точке вблизи ядра или электрона, но не в вакууме, что связано с необходимостью одновременного выполнения законов сохранения энергии и количества движения.

Для -излучения возникающего при радиоактивном распаде третий рассмотренный механизм протекает малоэффективно, так как энергия -квантов при радиоактивном распаде не превышает 3 МэВ.

Из всего сказанного следует, что полное поглощение гамма-квантов в веществе, приводящее к освобождению электронов, зависит от их энергии и порядкового номера вещества.

Из всего сказанного следует, что полное поглощение гамма-квантов в веществе, приводящее к освобождению электронов, зависит от их энергии и порядкового номера вещества.

Рис. 2. Спектр поглощения свинца, разложенный на три части:

1 – фотоэффект, 2 – эффект Комптона, 3 – рождение пар

Поглощение гамма-лучей.

Опытом доказано, что чем больше плотность тел, тем больше они ослабляют γ-излучение. Одним из наименее проницаемых для γ-излучения металлов оказывается свинец, наиболее проницаемым металлом (более чем стекло) – алюминий (рис3).

Поглощение γ-лучей, как и любого другого электромагнитного излучения, зависит от толщины слоя поглощающего их вещества. Для каждого вида излучения в зависимости от энергии фотона изменяется характер поглощения, как это имеет место для гамма-квантов больших энергий, поглощающихся с образованием пар электрон-позитрон. Экспериментальные данные показали, что интенсивность параллельного пучка гамма-лучей, прошедших слой вещества толщиной х в достаточной мере описывается законом Бугера-Ламберта

,      (6)

где - коэффициент поглощения гамма-лучей, зависящий от длины волны и рода вещества.

Учитывая все три вида взаимодействия гамма-квантов с веществом, о которых мы говорили, коэффициент поглощения можно представить в виде

,

где  - коэффициенты поглощения для фотоэффекта, эффекта Комптона и процесса рождения электрон-позитронной пары соответственно (рис.3).

Таблица 1

а) коэффициент ослабления -излучения для алюминия.

h, МэВ

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,661

0,7

0,8

1,0

1,25

1,5

2,0

3,0

4,0

0,375

0320

0,276

0,247

0,226

0,209

0,198

0,192

0,184

0,165

0,146

0,135

0,115

0,091

0,075

0,049

0,053

0,0015

0,0007

0,0004

0,0002

0,00017

0,00015

0,0001

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

0,00046

0,0019

0,0052

0,0084

0,459

0,331

0,282

0,250

0,228

0,211

0,200

0,194

0,185

0,166

0,147

0,135

0,116

0,096

0,084

где коэффициенты  приведены к толщине слоя в 1 см.

б) коэффициент ослабления -излучения для свинца.

h, МэВ

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,661

0,7

0,8

1,0

1,25

1,5

2,0

3,0

4,0

1,132

1,036

0,924

0,838

0,769

0,716

0,690

0,664

0,630

0,567

0,506

0,462

0,396

0,311

0,260

59,382

9,633

3,332

1,607

0,937

0,614

0,500

0,420

0,325

0,205

0,140

0,094

0,056

0,029

0,019

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

0,0187

0,0561

0,01300

0,1900

62,681

11,283

4,520

2,599

1,805

1,399

1,280

1,180

0,993

0,798

0,660

0,587

0,515

0,472

0,472

Значения коэффициентов поглощения , а также коэффициентов  для разных веществ в зависимости от энергии кванта падающего излучения приводятся обычно в виде таблиц и графиков в справочной литературе,

На рис. 3 приведены зависимости коэффициентов  от энергии квантов, при падении -излучения на свинец и алюминий. Более точно эти зависимости в виде цифр представлены в таблице 1.

Рис. 3. Зависимость коэффициентов поглощения от энергии -квантов:

а - для свинца; б - для алюминия.

Закон Бугера-Ламберта (6) позволяет экспериментально определять μ - коэффициенты поглощения. Как следует из (6) для толщин поглощаемого слоя х1 и х2

.                                        (7)

Вычитая в (7) из второго уравнения уравнение один, получим

,                                             (8)

откуда

.                                                   (9)

Таким образом, если построить по экспериментальным данным зависимость lnI от толщины поглощающего слоя, то угол наклона этого линейного графика будет численно равен коэффициенту поглощения - .

Рис. 4. Блок схема экспериментальной установки

Экспериментальная установка.

На рис. 4 приведена блок схема установки для экспериментального определения коэффициентов поглощения веществом -излучения.

Капсула с радиоактивным изотопом (1) помещена в свинцовый защитный контейнер (2) с узким коллимационным каналом. Канал перекрывается пластинами исследуемого вещества (свинец или алюминий) (3). Излучение прошедшее через пластины падает на дозиметр (4), позволяющий проводить измерения мощности полевой эквивалентной дозы (МЭД) -излучение по цифровому табло.

Датчиком дозиметра служит счетчик Гейгера-Мюллера. Размеры датчика значительно превышают диаметр пучка гамма-излучения, поэтому дозиметр регистрирует как интенсивность первичного пучка гамма-излучения так и рассеянное гамма-излучение возникающее за счет эффекта Комптона. Оценка геометрического фактора установки показывает, что действительное значение коэффициента поглощения (j. превышает, найденное по формуле (9) или графику в 1,7 раза.

Дозиметр имеет два режима работы: ПОИСК и МЭД. Режим ПОИСК служит для грубой оценки радиационной обстановки по частоте следования звуковых импульсов. Режим МЭД служит для измерения и индикации мощности эквивалентной дозы на цифровом табло. Измерения МЭД осуществляется автоматически с интервалом времени около 40 с, а также после кратковременного нажатия на кнопку МЭД - КОНТР.ПИТАНИЯ. Во время измерения (40 секунд) на цифровом табло после каждого разряда (цифры) индицируются точки.

Исчезновение точек после 1, 2, 4 разрядов сигнализирует об окончании процесса измерения.

Расположение и назначение органов управления и индикации приведены на рис. 5. где

1. Выключатель питания.

2. Крышка отсека батарейного питания.

3. Цифровое жидкокристаллическое табло.

4. Кнопка "МЭД-КОНТР. ПИТАНИЯ" для включения режима определения МЭД и контроля напряжения батареи питания.

5. Индикатор напряжения батареи питания.

6. Выключатель режима ПОИСК.

Включение дозиметра производится переведением выключателя питания ((1) рис.5) в положение ПИТАНИЕ. При этом на цифровом табло должно индицироваться              

Рис. 5. Расположение и назначение органов управления.

Выждав примерно 10 секунд кратковременно нажать кнопку (4) МЭД-КОНТ. ПИТАНИЯ. С этого момента начинается процесс измерения (40 с). Затем точки после 1,2,4 разрядов исчезнут, измерение МЭД закончится, показания дозиметра перестанут изменяться и на его табло будет сохраняться измеренное значение МЭД. Показания на табло дозиметра будут сохраняться в течение 40 секунд, после чего они автоматически обнуляются, появятся точки после каждой цифры и процесс измерения МЭД начнется заново.

При переведении переключателя (6) в положение ПОИСК, включается звуковая сигнализация. Частота следования звуковых импульсов пропорциональна интенсивности гамма-излучения.

Порядок выполнения работы.

1. Установить дозиметр "Белла" на подставку, включить ПИТАНИЕ, включить ПОИСК и включить режим определения МЭД.

2. Трижды снять показания прибора и занести измерительные значения МЭД I1(0), I2(0), I3(0) в первую строчку табл. 2. Число поглощающих пластин в табл. 2 обозначено через N. После этого поставить между источниками излучения и дозиметром одну пластину из     материала и также провести три измерения интенсивности прошедшей через пластину излучения. Данные занести во вторую строку табл. 2.

Далее аналогично измеряется интенсивность излучения прошедшую через 2 пластины, 3 пластины и т.д. до 10 пластин одного материала.

3. Найти среднее значение  для каждой толщины поглощающего слоя и занести это значение в пятую колонку таблицы.

4. Рассчитать натуральный логарифм числа  и занести в 6 колонку таблицы.

5. Построить координатную плоскость (на миллиметровке) с осями In и N и нанести на нее точки из 6-ой колонки таблицы рис. 4.

Таблица 2.

Экспериментальные данные для свинца.

N

I1(N)

I2(N)

I3(N)

(N)

In(N)

0

1

10

6. Как следует из теории (формулы (6), (7), (8)) величина lnT(N) линейно зависит от толщины поглощающего слоя х

lnT(N)=lnT(0)–μх,                                            (10)

где μ – коэффициент поглощения γ-излучения.

Толщина поглощаемого слоя определяется числом поглощающих пластин

х=х0N,                                                    (11)

где х0 – толщина одной пластины в см.

Значение коэффициента поглощения можно найти построив по экспериментальным точкам уравнение прямой (10) методом наименьших квадратов или методом парных точек. Проведем обработку экспериментальных результатов методом парных точек. Для этого определим по значениям табл. 2 коэффициент поглощения μ13 для толщины х1=1∙х0 и х3=3∙х0. В соответствии с уравнением (10)

.                         (12)

Далее вычислим μ2,4 для значений N=2 и N=4, μ3,5 для значений N=3 и N=5 и т.д. Для 10 пластин получим 8 значений μ, по которым найдем среднее значение . По найденному значению коэффициента поглощения и формуле (10) построить график. Рассчитать среднеквадратичную ошибку  по формуле

.                                          (13)  

7. По найденному значению  определить истинное значение коэффициента поглощения с учетом геометрического фактора.

8. По таблице 1 и рис. 3 для найденного значения коэффициента поглощения определяется энергия -кванта и делается вывод о преобладающем механизме взаимодействия -излучения с исследуемым веществом.

9. Провести измерения и расчеты для поглотителей из свинца и алюминия.

10.Результаты измерений представить в стандартной форме:

х=±х  Р=0,95.

Контрольные вопросы

1. Чем отличаются "нуклоны" от "нуклидов"?

2. Что такое "дефект масс" и "энергия связи ядра"?

3. Какие виды взаимодействия известны в физике?

4. Какие виды радиоактивного распада известны?

5. Запишите закон радиоактивного распада,

6. Что такое период полураспада?

7. Что такое активность вещества? Единицы активности.

8. Какую величину называют мощностью эквивалентной дозы (МЭД)?

9. Какие известны механизмы поглощения γ-квантов веществом?

10.Запишите закон Бугера-Ламберта.

11.В чем заключается метод парных точек?

12. В чем заключается эффект Комптона?

13. Что такое фотоэффект?

14. Как происходит распад γ-кванта?

15. Запишите формулу Эйнштейна для фотоэффекта.

16. Дайте определение единицы активности – Кюри.

Библиографический список

к лабораторной работе № 23

1. Савельев, И. В. Курс общей физики: учеб. пособие / И. В. Савельев. – СПб.: Лань, 2005. – Т. 3. – § 71,72.

2. Савельев, И. В. Курс общей физики: учеб. пособие для втузов / И. В. Савельев. – М.: Астрель, 2003. – Т. 5. – гл. 10 § 10.5.

3. Белонучкин, В. Е. Основы физики / В. Е. Белонучкин, Д. А. Заикин, Ю. М. Ципенюк. – М., 2001. –Т. 2. – ч. 4 гл. 11. § 11.1.


0.0.0.0.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

1404. Разработка приложений в системе C++ Builder 2007 методами визуального программирования 641.48 KB
  Получить навыки работы с системой C++Builder 2007, научиться разрабатывать простейшие приложения средствами системы C++Builder для выполнения в операционной системе Windows, ознакомиться с некоторыми визуальными компонентами системы C++Builder, предназначенными для программирования пользовательского интерфейса.
1405. Программирование пользовательского интерфейса с использованием меню и стандартных диалоговых окон 240.3 KB
  Компоненты главного и контекстного меню. Компоненты стандартных диалоговых окон открытия и сохранения файлов. Компонент стандартного диалогового окна для выбора цвета. Компонент стандартного диалогового окна для выбора шрифта. Компонент стандартного диалогового окна для установки параметров принтера. Компонент стандартного диалогового окна для настройки параметров вывода документа на принтера. Компоненты стандартных диалоговых окон поиска и замены текста.
1406. Комплексные стенды для оценки тягово-скоростных и тормозных свойств автомобиля 53.81 KB
  Тормозные и тягово-скоростные свойства автомобиля оказывают комплексное влияние на безопасность, производительность транспортного процесса, топливную экономичность автомобиля и экологию окружающей среды. Необходимость объективного и качественного контроля этих свойств при эксплуатации автомобиля очевидна.
1407. Польові транзистори 557.5 KB
  Польові транзистори - це транзистори, які керуються полем вхідного сигналу. Струм у навантаженні створюється носіями заряду одного типу. Розрізняють польові канальні транзистори, або транзистори з p-n переходом, та МДН транзистори, або метал-діелектрик-напівпровідник, з ізольованим затвором. Якщо роль діелектрика відіграє двоокис кремнію, тоді мають МОП транзистори.
1408. Операційні підсилювачі (ОП, ОУ) 366.5 KB
  Операційні підсилювачі (ОП, ОУ) - це різновид ППС у інтегральному виконанні. Як правило використовується схема ППС з диференційним входом. ОП має інвертуючі та неінвертуючі входи.
1409. Абай Кунанбаев как основоположник казахской письменной литературы 25 KB
  Кунанбаев (1845, Чингизские горы, ныне Семипалатинской области - 1904, там же), казахский поэт-просветитель, родоначальник новой письменной казахской литературы
1410. Взаимодействие языков и культур в переводческом пространстве: Гештальт-синергетический подход 23.71 MB
  Методологические основы гештальт-синергетического исследования взаимодействия языков и культур. Теоретические основы исследования переводческого пространства. Гипотеза о формировании и динамическом развитии переводческого пространства.
1411. Перспективы поисков неструктурных ловушек углеводородов в отложениях Девона Юга Оренбургской области 21.07 MB
  История развития поисково-разведочных работ. Палеографические особенности формирования девонских отложений. Коллекторские свойства пород юга Оренбургской области. Типы неантиклинальных ловушек в девонских отложениях и условия их формирования Перспективы поисков ловушек неструктурного типа в отложениях девона и связанных с ними залежей углеводородов.
1412. Лекции по квантовой механике 20.18 MB
  Аналогия между оптикой и механикой, уравнение Шредингера, простейшие одномерные задачи, собственные функции собственные значения, унитарные матрицы и преобразования, зависимость наблюдаемых от времени.