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

59529. Сценарій свята. Міс Весна 91.5 KB
  Приміщення прикрашене гірляндами із квітів, кольоровими стрічками, рожевими, червоними та білими повітряними кульками. Стільці для глядачів розставлені по периметру залу.
59530. Сценарій. Моя барвиста Україна (свято в 6 класі) 40.5 KB
  А хто переможе в нашій конкурсній програмі визначатиме досвідчене й уважне журі. Перший конкурс програми має назву Подорож містами України. Ведучі проводять перший конкурс. Конкурс Подорож містами України Обом командам роздають карти...
59531. Доброта починається з дитинства (позакласний захід) 48 KB
  Мета: формувати в учнів ціннісну орієнтацію, здатність формулювати моральні судження, розвивати вміння відрізняти погане від доброго, виховувати позитивне світосприйняття.
59532. Покрова - свято козацьке: година духовності 48 KB
  Проводиться 14 жовтня у День памяті УПА Образ Покрови Пресвятої Богородиці у вишитому рушнику виставка книжок про святі місця в Україні Почаїв Зарваницю та ін. Шість разів у році наша церква урочисто відзначає свята на честь Діви Марії: 8 січня Собор Пресвятої Богородиці...
59533. Голодомор 1932-1933 років в Україні – геноцид українського народу 67.5 KB
  Мета: виховувати в учнів особистісні риси громадянина України, патріотизм на основі особистісного усвідомлення досвіду історії.
59534. Благословен той день і час, коли прослалась килимами земля, яку сходив Тарас... (перебування Шевченка на Тернопільщині) 88.5 KB
  Шевченко ділиться враженнями про Тернопільщину зробити огляд творів сучасних поетів Тернопільщини присвячених Кобзареві; прищеплювати любов і повагу до Т. Шевченко репродукції акварелей зроблених Кобзарем у Почаєві збірки народних пісень...
59536. Сценарій позакласного виховного заходу (вечору) під рубрикою «Заглянь у природу» 34.5 KB
  Учениця: Природа і Вітчизна невіддільні. Учениця: У ліс завітаю я знову На тиху сердечну розмову І сонцем пропалені лиця Я чую зозулі кування Берізок тремтивих зітхання Тонкі білокурі сестриці Сплели свої вінки в косиці.
59537. «Зупинись – суд іде» з теми «Проблема людства – екологія» 37.5 KB
  Своєю працею людина відкрила природі те що вона має в своїм лоні невідомі її скарби. років як появилася на землі людина. В древні часи коли людина була ще збирачем і мисливцем вона знаходилась більшменш в гармонії з природою і повністю залежала від неї.