38013

ИЗУЧЕНИЕ БЕТА –АКТИВНОСТИ

Лабораторная работа

Физика

10 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 95 ИЗУЧЕНИЕ БЕТА –АКТИВНОСТИ Цель работы Изучение явления бета распада определение длины пробега –частиц и максимальной энергии –частиц радиоактивного источника. Например радиоактивный изотоп водорода испускает –частицы с Еmx = 18 кэВ а изотоп азота – с Еmx = 166 МэВ. Типичная кривая распределения –частиц по энергиям изображена на рис.1 где dN dE– число –частиц имеющих полную энергию от Е до Е dЕ Еmx –максимальная энергия –частиц данного радиоактивного вещества.

Русский

2013-09-25

145.5 KB

3 чел.

Содержание

1. Цель работы…………………………………………………………....4

2. Теоретическая часть..………………………………………………….4

3. Описание установки…………………………………………………...8

4. Требования по технике безопасности………………………………..8

5. Порядок выполнения работы …………………………………………9

6. Требования к отчету………………………………………………….10

7. Контрольные вопросы……………………………………………….10

Список литературы…………………………………………………...10


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 95

ИЗУЧЕНИЕ БЕТА –АКТИВНОСТИ

  1.  Цель работы

Изучение явления бета распада, определение длины пробега     –частиц и максимальной энергии –частиц радиоактивного источника.

2. Теоретическая часть

Бета–распадом (–распадом) называется самопроизвольное превращение ядер, при котором их массовое число не меняется, а заряд увеличивается или уменьшается на единицу. Этот заряд уносится электроном или позитроном, покидающим ядро:

1)При электронном –распаде один из нейтронов n ядра превращается в протон р и образуются электрон и антинейтрино (1);

                                                                   (1)

2) При позитронном – распаде происходит превращение одного из протонов ядра в нейтрон с испусканием нейтрино (2):

                      p  n + +1 + ,          (2)

3) При захвате атомного электрона (например, К–захвате) один из протонов ядра превращается в нейтрон с излучением нейтрино (3):

                     p + e  n +            (3)

Характерной особенностью –распада является то, что испускаемые электроны (или позитроны) имеют всевозможные значения кинетической энергии от нуля до некоторой вполне определенной энергии Еmax (граничной энергии –спектра), значительно различающейся для разных радиоактивных веществ.

Например, радиоактивный изотоп водорода испускает                –частицы с Еmax = 18 кэВ, а изотоп азота – с Еmax  = 16,6 МэВ.

Таким образом, энергетический спектр электронов, испускаемых при –распаде, непрерывен. Типичная кривая распределения –частиц по энергиям изображена на рис.1, где dN/dE– число –частиц, имеющих полную энергию от Е до Е + dЕ, Еmax –максимальная энергия –частиц данного радиоактивного вещества.

Рис.1. Типичный энергетический спектр для –частиц.

Максимальная энергия –частиц определяет энергию –распада и является важной физической величиной.

Непрерывность рассматриваемого спектра была объяснена в 1931г. Паули, который предположил, что при –распаде наряду с электроном происходит испускание другой частицы–нейтрино. Обе частицы рождаются в самом акте распада, причем возможная энергия Еmax распределяется между электроном и нейтрино.

Распределение максимальной энергии неодинаково, и для различных изотопов граничная энергия –частиц составляет от 0,25 до 0,46 Еmax. Проходя через вещество, –частицы теряют энергию и отклоняются от своего первоначального направления, то есть рассеиваются рис. 2.

Рис. 2. Схема рассеяния –частиц.

Рассматривая пучок электронов, падающий нормально на поверхность фильтра, можно отметить, что электроны с большей энергией пройдут фильтр, испытывая лишь малые отклонения. Более медленные электроны подвергаются большему рассеянию, их угловое распределение приближается к гауссовскому, а траектория движения искривляется. При сильном рассеянии теряет смысл понятие направления движения электронов, рассматривается процесс диффузии электронов.

Число электронов, прошедших через фольгу, есть монотонно убывающая функция толщины фильтра, так как с увеличением толщины фильтра имеет место процесс обратной диффузии, когда электроны отклоняются на углы, большие 90 градусов. Кроме того, при увеличении толщины фильтра энергия электронов уменьшается, а часть их тормозится фактически до нулевой энергии, то есть останавливается. Предельная толщина фильтра, практически полностью задерживающая падающие электроны, называется эффективным пробегом электрона. Этот пробег определяется по кривым поглощения. Типичная кривая поглощения для непрерывного –спектра представлена на рис 3, где R max –толщина поглотителя, равная пробегу –частиц в данном веществе.

Рис. 3. Кривая поглощения –частиц.

Кривая поглощения описывается экспоненциальной зависимостью (4):

                                                    Nd = N0ed,                                           (4)

где N0–число частиц, падающих за 1с на поверхность фильтра,           µ–массовый коэффициент поглощения. Величина d связана с линейной толщиной l соотношением (5):

                                                                                                (5)

где –плотность вещества фильтра, Al = 2,7 г/см3. Для определения пробега удобно построить данную кривую в полулогарифмическом масштабе рис.4.

               

Рис.4. Кривая поглощения в полулогарифмическом масштабе.

В этом случае можно выделить прямолинейную часть кривой поглощения и использовать метод половинного поглощения.

Метод половинного поглощения состоит в следующем. По графику зависимости ln (NNф) = f(d) определить среднюю толщину слоя половинного поглощения d1/2, необходимого для уменьшения вдвое начальной интенсивности –излучения, то есть

                                                ,                            (6)

из полулогарифмической зависимости получаем:

                                                      (7)                 

Вычисленное для нескольких точек и усредненное значение d1/2 позволяет определить длину пробега электронов Rm по формуле (8):

                                            d1/2 = 0,1 Rm,                       (8)

Для оценки максимальной энергии –излучения радиоактивного изотопа следует использовать эмпирические зависимости между Еmax  и Rm (9):

            Rm = 0,542Е0,133 г/см2,  0,8  Е  3,0 МэВ,              (9)

                   Rm = 0,407Е1.38 г/см2,       0,15  Е  0,8 МэВ,                (9а)

(для источника Sr (z=90)+ Y (z=90) использовать формулу (9)).

3.Описание установки

Принципиальная схема установки приведена на рис. 5.

Рис.5. Схема установки.

Установка состоит из двух блоков: блока детектирования и блока управления и индикации (БУИ), соединенных между собой кабелем.

Блок детектирования содержит источник –частиц (указывается преподавателем), счетчик –частиц и набор алюминиевых пластин с указанной на них толщиной поглотителя в мм. Расстояние между источником и детектором можно регулировать, перемещая источник вдоль скамьи. Нужная толщина фильтра достигается путем ввода/вывода пластин в кассету.

Измерительный блок (устройство пересчета импульсов) имеет следующие кнопки управления:

«Сеть» – осуществляет включение напряжения питания счетчика   220 В (на задней панели прибора);

«Пуск» – включает таймер и отсчет измеряемых импульсов одновременно;

«Стоп» – одновременная их остановка;

«Сброс» – обнуляет их показания;

«Время, сек» – установка необходимого времени измерения:

индикатор «кол. частиц» – показывает число зарегистрированных частиц;

индикатор «сек» – показывает текущее время измерения.

  1.  Требования по технике безопасности

В данной работе факторами повышенной опасности являются электрический ток (напряжение) и источник бета частиц. Защита от этих факторов заключается в соблюдение правил безопасности, наличии заземления и низкой активности источника, которая обеспечивает гарантированную безопасность без применения специальных средств зашиты.

4.1.Перед выполнением работы внимательно ознакомьтесь с заданием и оборудованием.

4.2. Не  работайте  на  установке  без  защитного  заземления установки.

  1.  Немедленно сообщите преподавателю о замеченных неисправностях.
    1.  Не оставляйте работающую установку без присмотра.

  1.  Порядок выполнения работы

  1.  Включить «Сеть» и прогреть установку в течение 1 мин. Установить нули во всех разрядах цифровых индикаторов.
  2.  Определить интенсивность фона при максимальной толщине поглотителя и минимальном расстоянии его до детектора (10). Время измерения t для всех опытов должно соответствовать не менее 200 регистрируемым импульсам с целью уменьшения относительной погрешности. Среднее значение фона определить по 2–3 измерениям, вычислить абсолютную и относительную ошибки измерения.

3. Определить интенсивность потока –частиц без поглотителя и с поглотителем в виде алюминиевых пластин, меняя их суммарную толщину через 0,5 мм до максимальной 4 мм.

4. Повторить измерения, меняя расстояние от источника до детектора.

5. Выполнить аналогичные измерения для медных пластин, меняя толщину поглотителя от 0,25 мм (1 пластина) до 1 мм (4 пластины).

6.Данные по измерениям поглощения –частиц свести в таблицу:

7. На основе таблицы построить кривые поглощения для разных материалов фильтра, дающие зависимость ln Nd(d).

8. По  полученным  кривым  определить  слой  половинного поглощения и максимальный пробег частиц.

9. Оценить  максимальную  энергию  –частиц исследуемого радиоактивного изотопа и сравнить результаты, полученные на разных материалах поглотителя.

10. Сделать вывод.

Толщина
поглотителя

Количество
зарегистриро-ванных частиц

Время
наблюдения

Интенсивность потока с фоном

Интенсивность
потока без фона

l,

мм

d,

г/см2

n,

имп

t,

мин

N = n/t,

имп/мин

Nd = NNФ, имп/мин

6. Требования к отчету

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

  1.  номер, название и цель работы;
  2.  основные положения теории метода и расчетные формулы;
  3.  схему установки;
  4.  результаты измерений и расчетов;
  5.  выводы по итогам работы.

7. Контрольные вопросы

  1.  Что называется –распадом? Какие бывают виды распада?
  2.  Как распределяется энергия бета распада между электроном и антинейтрино?
  3.  Чем определяется энергия - спектра?
  4.  Каков механизм потери энергии электронов при прохождении в веществе?
  5.  В чем состоит метод половинного поглощения.
  6.  Что такое фон счетчика, как он измеряется?

Список литературы

  1.  Детлаф А.А., Яворский Б.М., Курс физики. – М.: Высшая школа, 1989,
  2.  Сивухин Д.В., Общий курс физики. – М.: Наука, 1989, Т.5, часть 2,
  3.  Савельев И.В. Курс физики. – М.: Наука, 1989, Т.3

4. Лабораторные занятия по физике: Учебное пособие/под ред. Гольдина Л.Л. – М.: Наука, 1983.

10


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

40498. Плачи И. Федосовой 43 KB
  Федосовой. Речитативы Федосовой оказали влияние на классическую музыкальную традицию русскую оперу. Есть много свидетельств того что Николай РимскийКорсаков встречавшийся с Федосовой использовал мотивы ее речитативов в опере Садко . Творчество Федосовой органично вошло в поэзию Николая Некрасова.
40499. Пословицы и поговорки 21.5 KB
  Общественная ценность пословиц: философский жанр – многосторонняя и глубоко осмысленная картина жизни: Вчера не догонишь от завтра не уйдешь. эстетическая ценность простота краткость содержательность выразительность.
40500. Похоронная обрядовая поэзия 20.5 KB
  Отношение живых к умершим: существо злое – смысл обряда – защититься существо доброе – смысл обряда – обеспечить канал связи.
40501. Пушкин и фольклор 21 KB
  Пушкин и фольклор. Концепция Пушкина – вершина декабристской концепции. Пушкин – художник. Пушкин первым ощущает себя профессиональным литератором.
40502. Свадебная обрядовая поэзия 25.5 KB
  Песни пелись во время всего процесса: песни величальные песни корильные причитания невесты Во всех песнях участвуют князь и княгиня а также образы: воли символические образы горя полуразрушенный дом и радости блестит звенит Функции песен: величальные – возвеличивание жениха и невесты. Песни имели магическое значение песниобереги. Причитание принципиально строится иначе чем остальные свадебные песни: причитание – песня одного человека в то время как остальные песни – коллективные.
40503. Своеобразие фантастики в русской народной сказке 21 KB
  Раз исторические представления о том что возможно и невозможно меняется то меняется и представление о фантастике: с течением времени сфера фантастики расширяется а не уменьшается то что раньше не было фантастическим с течением времени может приобрести свойство сказки но назад хода нет.
40504. Сказка «Медведь на липовой ноге» и вопрос о происхождении сказок о животных 27.5 KB
  Сказка Медведь на липовой ноге и вопрос о происхождении сказок о животных. Источники: зооморфные мифы новая социальная действительность Медведь на липовой ноге Загадочность сюжета печальный финал атмосфера страха и ужаса – нетипично для русского фольклора. Медведь – священное животное может прогонять нечистую силу самые священные части медведя – голова и лапы. Первый тип вариантов – Медведь на липовой ноге.
40505. Сказка: Общая характеристика. История собирания и изучения 25 KB
  Общая характеристика сказки. Установка на вымысел показывает как носители фольклора относились к сказке: внешняя сторона Носители фольклора не верили в реальность сказки. Сказки на Руси известны с давних времен. В XVIII веке кроме рукописных сборников сказок стали появляться и печатные издания в которых обычно народные сказки подвергались переделке.
40506. Сказки о животных. Своеобразие образа главного героя 36.5 KB
  Басня Волк и ягнёнок Сказка Волк и лиса И там и там изображаются животные а подразумеваются люди. Под маской волка изображаются отдельные черты характера – лицемерие и к ним не к человеку у нас однозначное отношение трусость как таковая плохо но трусливого человека можно любить за другие качества а трусость при этом деформируется. Здесь многозначное отношение к волку так как у него много черт характера. если мы говорим о лисе – хитрой а волке – жадном то мы превращаем сказку в басню а это ни в коем случае делать нельзя...