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

54817. Патріотичне виховання майбутніх соціальних працівників у процесі вивчення соціології (з особистого досвіду) 197 KB
  Тому одним із завдань гуманітаризації та гуманізації вищої освіти стає орієнтація і на загальнолюдські культурні цінності залучення студентів до національних джерел духовності формування у них патріотичних якостей. Проте результати аналізу досліджень вищеназваних учених свідчать що питаниям патріотичного виховання студентів вищих навчальних закладів освіти узагальненню досвіду формування патріотичних якостей студентів не приділялося належної уваги. Патріотичне виховання студентів це організований планомірний та цілеспрямований процес...
54818. Разнообразие Паукообразных 641.5 KB
  Учитель объясняет ученикам что ее необходимо заполнить в ходе урока а именно после показа 1 слайда презентации и дополнительной информации о пауках подготовленной учениками дома из дополнительной литературы. Учитель стимулирует учеников к активности говоря о дополнительных баллах за правильно заполненную таблицу. Учитель: 1. Учитель: 1.
54819. Різноманітність павукоподібних та їхня роль у екосистемах. Значення в житті людини 173 KB
  Мета заняття: навчальна: поглибити знання учнів про різноманітність павукоподібних та риси пристосованості до середовища і способу життя; сформувати поняття про значне поширення представників класу їхню роль у різних екосистемах і господарській діяльності людини; пояснити небезпеку деяких видів павукоподібних що є паразитами людини й переносниками небезпечних вірусних інфекцій або збудниками деяких захворювань; знати заходи профілактики захворювань які...
54820. Іван Іванович Кирій «Незвичайний пацієнт» 65.5 KB
  Форми методи і прийоми роботи на уроці: робота в групах самостійна робота учнів робота з підручником робота з картками підсумкового контролю словникова робота інтерактивний метод Мікрофон вправа на вдосконалення читацьких навичок. Робота в картках підсумкового контролю У скільки років І. Словникова робота Учитель. Словникова робота.
54822. НОВОРІЧНІ ЛІНГВІСТИЧНІ ПАЗЛИ 157 KB
  Нікополь Сама форма пазлів на мою думкуналаштовує дитину на гру робить цікавим сам процес навчання чи виховання. Що значить скласти пазл Поперше зібрати ціле за його частинами; подругесистематизувати знання про частини та про ціле; потретєпобачити цілісну картину представленого. Пропоную вашій увазі новорічні лінгво етимологічні пазли.
54823. Клуб внимательных пешеходов 60.5 KB
  Сегодня мы проверим насколько хорошо вы знаете правила дорожного движения и умело применяете знания на практике Юные пешеходы Будущие водители Дети и родители Велосипедисты и автомобилисты. Азбуку эту помни всегда чтобы с тобой не случилась беда Везде и всюду правила Их надо знать всегда Свои имеют правила шофер и пешеход Как табличку умножения как урок Помни правила движения назубок Внимание Внимание Вас ожидает состязание На лучшее знание и выполнения Правил дорожного движения Перед нами 2 команды. Послушайте правила игры.
54824. Воспитательный час по ПДД 46 KB
  Денис: Приветствую Вас ребята Здесь в лесу проходит дорога. Вот теперь идите смело Пешеходам путь открыт Проходите разрешаю Не беда что я один Я надежно защищаю От трамваев и машин Денис Ну что ребята запомним сигналы Светофора. Заяц Денис помоги Денис Что случилось Зайчик Заяц Большая беда может произойти Денис Я слушаю рассказывай.
54825. Правила дорожнього руху знай – життя і здоров’я зберігай 49.5 KB
  Мета заходу: закріпити навички учнів з ПДР; навчити їх постійно дотримуватися правил ПДР, аналізувати їх значення, не ризикувати своїм життям і здоров’ям, перебуваючи на дорозі; виховувати почуття відповідальності, свідомого ставлення до реальних подій, дисциплінованості; формувати соціальну і здоров’язберігаючу компетенцію.