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

63900. Образ «за границы» в глазах молодежи 37 KB
  В целом те кто был заграницей оценивают ее по следующим критериям: Климату: Невыносимая жара надоедает существует опасность стихийных бедствий. В России образование хуже чем заграницей. Психоэмоциональным оценкам: Заграницей другие люди.
63901. Стереотипная идентификация: восприятие представителей различных национальностей за границей 20.83 KB
  В первом вопросе предлагалось выбрать от 1 до 3 вариантов ответа в случае подтверждения факта общения с представителями какой либо из 3 национальностей китайцы корейцы японцы и отметить период знакомства указать в 10 летнем периоде или выбрать пункт никогда не сталкивался.
63902. Эмоциональные реакции, маркирующие трансгрессивный переход 36 KB
  Случается ли в бытии человека такая настроенность которая подводит его к самому Ничто и отвечает Ужас приоткрывает Ничто Но действительно ли это настроенность подводит человека к Ничто или всё же ситуация столкновения с Ничто вызывает эту настроенность Мы всё же возьмём ужас...
63903. Трансгрессия глобальной системы международно-правового регулирования 65.5 KB
  Основой глобального права может быть только международное право которое уже приобрело некоторые черты универсального регулятора. Глобализация это состояние мировой экономической системы охватывающей весь спектр человеческой деятельности происходящей от углубленной...
63904. Экономические условия трансформации социокультурного пространства. Доверие в экономике: миф или реальность 63 KB
  Выделяя общественные индивидуальные и самобытные отношения автор рассматривает доверие как феномен изначально характерный для индивидуальных отношений. Однако сегодня доверие становится неотъемлемой частью экономики так как с одной стороны наличие доверия...
63905. Эгоизм как общественная проблема в период социально-культурных трансформаций 25.51 KB
  Проблема эгоистичного устройства общества стояла перед человечеством с возникновением первых цивилизаций. Для нашего рассуждения мы выбирали именно эти произведения так как они относятся к одной и той же эпохе описывают одну и ту же социальную реальность...
63906. Гендерные стереотипы в трансформационном аспекте 44 KB
  Стереотипы плотно окутали общество они сопровождают нас во всех сферах нашей жизни и представляют собой более или менее непротиворечивую картину мира. Так уж сложилось что такие стереотипы в обществе существовали и будут существовать всегда.
63907. Теоретико-методологические проблемы социального контроля 16.08 KB
  Для современной России изучение социального контроля и его различных интерпретаций в социологическом знании является насущной задачей в силу ряда причин: страна находится на стадии трансформации складывается ряд новых структур функционирование которых невозможно обеспечить...
63908. Экстремизм в молодежной среде: региональный аспект 48 KB
  По национальному составу: большинство респондентов 663 идентифицируют себя с русскими 87 респондентов указали что являются бурятами 14 татарами. Выявлено следующее: 45 респондентов считают что знаю что такое экстремизм еще 415 полагают что знаю но не уверены правильно ли.