12203

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОХОЖДЕНИЯ РАДИОАКТИВНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ЧЕРЕЗ ВЕЩЕСТВО

Лабораторная работа

Физика

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОХОЖДЕНИЯ РАДИОАКТИВНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ЧЕРЕЗ ВЕЩЕСТВО Методические указания по выполнению лабораторной работы № 76 по оптике для студентов инженерно-технических специальностей

Русский

2013-04-24

130 KB

1 чел.

PAGE 7

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОХОЖДЕНИЯ

РАДИОАКТИВНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ЧЕРЕЗ ВЕЩЕСТВО

Методические указания по выполнению лабораторной работы

№ 76 по оптике для студентов инженерно-технических

специальностей

Курск 2011

УДК 681.787.2

Составители: А.А. Родионов, В.Н. Бурмистров, Л.П. Петрова

Рецензент

Кандидат физико-математических наук, доцент В.М. Пауков

Изучение закономерностей прохождения радиоактивного излучения через вещество [Текст]: методические указания по выполнению лабораторной работы по оптике № 76 для студентов инженерно-технических специальностей / Курск. гос. техн. ун-т; сост.: А.А. Родионов, В.Н. Бурмистров, Л.П. Петрова. Курск, 211-=1. 8 с.: табл. 1. Библиогр.: с.8.

Содержат сведения по изучению прохождения радиоактивного излучения через вещество.

Методические указания соответствуют требованиям программы, утвержденной учебно-методическим объединением для студентов инженерно-технических специальностей.

Предназначены для студентов инженерно-технических специальностей дневной и заочной форм обучения.

Текст печатается в авторской редакции

Подписано в печать    . Формат 6184 1/16.

Усл.печ.л.      Уч.-изд.л.  Тираж 111 экз. Заказ.      Бесплатно.

Курский государственный технический университет.

315141 Курск, ул. 51 лет Октября, 94.


Цель работы: экспериментальная проверка закона поглощения излучения веществом и оценка эффективного сечения рассеяния.

Принадлежности: счетчик Гейгера-Мюллера, источник излучения, набор поглощающих материалов в виде пластин.

Теоретическое введение

Под радиоактивным излучением понимают поток заряженных частиц (α - частиц, электронов, позитронов, ионов и т.д.), нейтральных (нейтронов, нейтрино и др.) и γ – лучей, включая электромагнитные волны любого диапазона частот. Материя в любой форме своего существования в зависимости от конкретной ситуации в большей или меньшей степени проявляет свойства частиц. При прохождении через вещество частицы взаимодействуют с атомами этого вещества. Выделяют четыре типа фундаментальных взаимодействий. В сильном взаимодействии участвуют нуклоны (протоны и нейтроны), в электромагнитном – все заряженные частицы, в слабом – все частицы, кроме γ - квантов, гравитационным взаимодействием из-за малости масс частиц в данном случае можно пренебречь.

К классу сильных взаимодействий относятся ядерные силы. Между составляющими ядро нуклонами действуют особые силы, значительно превышающие кулоновские силы отталкивания между протонами. Нуклоны в ядре испытывают сильное притяжение лишь при расстояниях не больше  м. В сильных взаимодействиях участвуют также π и κ - мезоны, гипероны, их античастицы и квазичастицы. Переносчиками ядерного (сильного) взаимодействия являются π - мезоны. Процесс прямого сильного взаимодействия характеризуется сечениями , а процессы распада с участием сильного взаимодействия имеют малые характерные времена с. Эти сравнительно большие сечения для сильного взаимодействия приводят к тому, что частицы при прохождении через среду эффективно выбывают из коллимированного пучка за счет процессов поглощения и рассеяния.

Электромагнитное взаимодействие относится к числу интенсивных взаимодействий природы, хотя оно слабее ядерного (сильного). В электромагнитном взаимодействии участвуют все заряженные частицы. Переносчиками этого взаимодействия являются кванты электромагнитного излучения, которые в зависимости от энергии называются фотонами (световой диапазон), рентгеновскими лучами и γ - лучами. Кванты электромагнитного излучения возникают в результате взаимодействия электрического заряда с окружающим его электромагнитным полем. Форм проявления электромагнитного взаимодействия много. Для заряженных частиц – кулоновское рассеяние, ионизационное торможение, радиационное торможение, черенковское излучение; для γ - квантов – фотоэффект, эффект Комптона, образование электронно-позитронных пар, фотоядерные реакции. Электромагнитное взаимодействие в 111 – 1111 раз слабее ядерного. Поэтому процессы электромагнитного взаимодействия протекают в 111 – 1111 раз медленнее ядерных процессов и характеризуются периодами с. При прохождении заряженных частиц и γ - квантов через вещества наблюдаются большие потери энергии на электромагнитное взаимодействие.

Примером слабого взаимодействия является β - распад – это специфическое взаимодействие между нуклонами и окружающим их электронно-нейтринным полем, в процессе которого возникают или поглощаются электроны (позитроны) и антинейтрино (нейтрино). К числу слабых взаимодействий относятся также  - распад,  - распад, распады κ - мезонов и гиперонов. Слабые взаимодействия примерно в  раз слабее сильных, во столько же раз медленнее они протекают, т.е. их характерное время с. Слабое взаимодействие может проявляться и в процессах прямого взаимодействия, например, в процессе захвата нейтрино нуклоном. Сечение же взаимодействия таких процессов , поэтому, например, поток нейтрино, практически не поглощаясь, проходит сквозь Солнце.

В ядерной физике вводят понятие эффективного сечения . Рассмотрим поток частиц попадающих на мишень настолько тонкую, что ядра мишени не перекрывают (не затеняют) друг друга. Если бы ядра мишени были твердыми шариками с поперечным сечением , а налетающие частицы также твердыми шариками, но с исчезающе малым сечением, тогда вероятность попадания налетающей частицы в какое-либо ядро мишени:

,      (1)

где δ – толщина мишени, n – число ядер мишени в единице объема этой мишени. То есть,  – доля площади мишени, перекрытая ядрами мишени.

Пусть N – число частиц, пролетающих в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную к направлению потока. Тогда число столкновений частиц с ядрами мишени равно:

, отсюда .

Представление о том, что ядра мишени – твердые шарики с площадью поперечного сечения в действительности заменяется понятием эффективного сечения для того или иного процесса. Толстую мишень разбиваем мысленно на тонкие слои толщиной . Для такого слоя имеем:

.

Здесь N(x) – поток частиц на мишень, долетевших до слоя мишени на глубине х. Отсюда получается:

,    (2)

где  – первичный поток частиц. Из (2) следует, что для определения сечения взаимодействия частиц с ядрами атомов мишени, нужно измерить ослабление пучка частиц  при прохождении его через мишень толщиной δ (не обязательно малой):

.     (3)

Для энергий налетающих частиц, превышающих 11 Мэв, эффективное сечение взаимодействия равно:

     (4)

где R – радиус ядра атома мишени. В результате опытов было установлено, что R = (1,3÷1,4) , где А – массовое число ядра.

Обычно закон радиоактивного поглощения (2) записывают в виде:

,     (5)

где  – коэффициент поглощения, равный  – доля поглощаемых частиц, приходящаяся на единичную толщину поглощающего слоя. При отсутствии источника излучения за время опыта счетчик регистрирует  частиц, связанных с космическим излучением и излучением отдельных предметов, поскольку в них в различных количествах присутствуют радиоактивные изотопы. Так, например, в состав мышечной ткани человека входит изотоп радиоактивного калия и т.д. Поэтому в (5) при определении N необходимо каждый раз вычитать . Из трех основных видов излучения α, β, γ в данной работе определяется коэффициент поглощения β - излучения.

Порядок выполнения работы:

1. Включить в сеть пересчетное устройство и нажать клавишу «сеть».

2. Нажать кнопки «N», «однократно», «311» (чтобы через 311 с счет автоматически прекратился).

3. Проверить, чтобы все остальные кнопки пересчетного устройства были в не нажатом положении.

4. Измерить количество импульсов фонового излучения за 311 с, нажав кнопку «пуск», и снять показания прибора , затем нажать кнопку «сброс».

5. Повторить пункт 4 ещё 3 раза и найти среднее значение .

6. Поставить источник излучения на предметный столик к счетчику и 3 раза измерить по пункту 4 число импульсов .

7. Поместить между источником излучения и счетчиком одну пластину толщиной  мм и вновь 3 раза найти число импульсов .

8. Повторить пункт 7 вначале для двух пластин, толщиной 14 мм, затем для трех. Заполнить таблицу:

Таблица 1.

n/n

N1

N2

N3

Nф

N1

1

2

3

среднее значение

9. Построить график зависимости  от х, где х – суммарная толщина слоя.

11. По тангенсу угла наклона этого графика найти:

.

11. Построить график зависимости числа поглощаемых частиц:

от x.

12. Сделать на основе найденной величины μ оценку значения . Здесь n можно рассчитать по формуле: , где ρ и Μ – плотность и молярная масса железа (ρ = 7811 кг/м3, Μ = 56·11-3 кг/моль). Полученное таким образом значение σ лучше всего подходит для потока нейтральных частиц на ядра атомов мишени.

Контрольные вопросы:

1. Структура и основные характеристики атомного ядра.

2. Энергия связи. «Прочность» ядра. Энергетическая возможность распада тяжелых и синтеза легких ядер.

3. Явление радиоактивности, α - распад, β - распад и его виды.

4. Прохождение излучения через вещество. Физические процессы, происходящие при прохождении через вещество:

а) тяжелых заряженных частиц;

б) легких заряженных частиц;

в) нейтральных частиц.

5. Методы регистрации заряженных и незаряженных частиц.

6. Цепная реакция деления ядер. Критическая масса.

7. Ядерный реактор. Проблемы энергетики.

8. Энергия звезд. Ядерные реакции, законы сохранения.

Библиографический список:

  1.  Савельев И.В. Курс физики. М.: 2006. Т.3.

2. Детлаф А.А. Яворский Б.М. Курс физики. М.: 2003.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37386. Определить потери давления и расходы жидкости на всех участках трубопровода, при нормальном и аварийном режиме работы разветвленного участка 594 KB
  Шифринсона У ВСЕХ ЭТО ФОРМУЛА ОДИНАКОВА МЕТОДА к КП стр 15 Для расчета потерь давления в трубах воспользуемся формулой ДарсиВейсбаха: Потери давления на местных сопротивлениях вычисляются по формуле Вейсбаха : Количество компенсаторов будет равно 8 т. Полные потери давления в магистральном участке высчитываем по формуле: . Следовательно потери давления во всех ветвях параллельного соединения будут одинаковы ∆P1=∆P2=∆P3.
37387. Проектирование и расчет водоснабжения и канализации здания 105.04 KB
  В данной курсовой работе в жилых зданиях запроектирована только система холодного хозяйственно-питьевого водоснабжения, система горячего водоснабжения не рассматривается. Система внутреннего водоснабжения включает вводы в здание, водомерные узлы, разводящие сети, подводки к санитарным приборам, насосные установки, водоразборную, смесительную, запорную и регулирующую арматуру.
37388. Расчет колонны одноэтажного промышленного здания 2.36 MB
  4 Определение геометрических характеристик приведенного сечения.6 Расчет прочности по наклонным сечениям.7 Проверка прочности по нормальным сечениям.2 Расчет сечения 10 на уровне верха консоли.
37389. Проектирование 5-комнатной торцевой блок-квартиры в двух уровнях 89 KB
  ОБЪЕМНОПЛАНИРОВОЧНОЕ РЕШЕНИЕ ЗДАНИЯ. Размеры в осях 342111 м высота этажа – 25 м общая высота здания – 9 м жилая секция состоит из 7 комнат. Конструктивная схема здания – бескаркасная стеновая с продольным расположением несущих стен. Пространственная жесткость здания обеспечивается совместной работой стен и перекрытия.
37390. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ 7.85 MB
  Принимая в качестве базисных величин на основном уровне Sб = 60 МВА UбI = 112 кВ определяем базисные величины на других уровнях: кВ; кВ; Составим схему замещения прямой последовательности Рисунок Схема прямой последоательности. Выражаем параметры схемы замещения прямой последовательности рис. з генератор Г12: ; и асинхронный двигатель АД: ; ; Найдем и для этого свернем схему прямой последовательности рис.2 Рисунок Сворачивание схемы прямой последовательности.
37391. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПО ЗАДАННЫМ ПАРАМЕТРАМ 6.07 MB
  Принимая в качестве базисных величин на основном уровне Sб = 60 МВА UбI = 112 кВ определяем базисные величины на других уровнях: кВ; Составим схему замещения прямой последовательности Рисунок Схема прямой последовательности. Выражаем параметры схемы замещения прямой последовательности рис. 2 в системе относительных единиц: а система бесконечной мощности: б линия: в двухобмоточный трансформатор Т12: ; г нагрузка Н: д реактор: ; з генератор Г12: ; ; и асинхронный двигатель АД: ; ; Найдем и для этого свернем схему прямой...
37392. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ КОРОТКОМ ЗАМЫКАНИИ 5.75 MB
  Принимая в качестве базисных величин на основном уровне Sб = 40 МВА UбI = 220 кВ определяем базисные величины на других уровнях: кВ; кВ; кВ; Составим схему замещения прямой последовательности Рисунок Схема прямой последовательности. Выражаем параметры схемы замещения прямой последовательности рис. 2 в системе относительных единиц: а система бесконечной мощности: б линия: в двухобмоточный трансформатор Т1: ; г трехобмоточный трансформатор Т2: д нагрузка Н1: Н2: е генератор Г: ; ; ж асинхронный двигатель АД: ; ; Найдем...
37393. Расчет вала с зубчатыми колесами 1.27 MB
  Необходимо: подобрать диаметр вала d из условия статической прочности. В опасном сечении вала построить эпюры нормальных и касательных напряжений и показать напряжённое состояние тела в опасной точке; произвести расчёт вала на жёсткость по линейным перемещениям в местах установки колёс и по угловым перемещениям в опорах. Уточнить диаметр вала; выполнить проверочный расчёт вала на усталостную прочность в опасном сечении. Проектировочный расчёт вала на статическую прочность [2] 2.
37394. Восстановление документов компании ОАО «ИКАР» 40.64 KB
  Посчитать убытки от не заключения или несвоевременного заключения договора. Работа должна содержать: Актуальность проблемы практическую значимость решения проблемы объект предмет исследования цели и задачи работы и состоять из 4 глав Оглавление Введение6 Договоры Письма Предложениямероприятия 8 Расчеты10...