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

35578. Социология. Курс лекций в схемах 2.05 MB
  Предмет и история социологии. Общество как социокультурная система. Социальные группы и общности. Массовое сознание и общественное мнение. Методология социологических исследований.
35579. История Белоруссии 492 KB
  В истории Белоруси выявлено много белых пятенБНРВКЛсоздание БССР и т.Полоцкая земля находилась на терр сев Белорусии в землях кривичейвключала в себя современную Вит обл.На границе 1314в Полоцкое княжество вошло в состав ВКЛ.В конце 13начале14 веков Туровская земля была включена в состав ВКЛ.
35580. История беларускiх зямель 228.5 KB
  Тэрмiн зясялення тэрыторыi Беларусi 40 тыс. Iндаеўрапейскi перыяд пачаўся ў бронзавым веку з часу рассялення iндаеўрапейскiх плямён на тэрыторыi Беларусi 3 2 тыс. Засяленне славянамi Беларусi адбывалася ў вынiку мiграцыi славян са сваёй прарадзiмы тэрыторыi памiж р. Славяне асiмiлiравалi балтаў i ў вынiку славянабалцкага ўзаемадзеяння ўзнiклi новыя этнiчныя супольнасцi: ва ўсходняй Еўропе больш за 15 на тэрыторыi Беларусi 3 гэта крывiчы дрыгавiчы радзiмiчы.
35581. История Руси от древних времен до ХХ столетия 221 KB
  Древние славяне - большая этническая группа: Восточные (русские, украинцы, белорусы); Западные (Чехи, Поляки); Южные (болгары, сербы, хорваты, македонцы). Соседи с севера: угро-финские племена, норманны, балты. С норманнами были напряженные отношения т.к. они промышляли грабежами, плавали во Францию, Испанию, Италию. Славяне часто платили им дань.
35582. АДМИНИСТРАТИВНОЕ ПРАВО КАК ОТРАСЛЬ ПРАВА 138.5 KB
  Административное право как отрасль современного права появилась тогда когда в правовой системе достаточное место заняли нормы закрепляющие права личности гарантии от административного произвола. Реализация в законодательстве идей естественных и неотъемлемых прав гражданина разделения властей контроля за государственной администрацией необходимое условие превращения полицейского права в административное. Административное право очень важная отрасль права так как роль государственной администрации в России очень велика.
35583. Общее понятие экономической безопасности страны 97 KB
  Понятие национальной безопасности шире понятия экономической безопасности страны оно включает оборонную экологическую энергетическую безопасность и т. Сущность экономической безопасности можно определить как такое состояние экономики и институтов власти при которых обеспечиваются гарантированная защита национальных интересов социально направленное развитие страны в целом достаточный оборонный потенциал даже при наиболее неблагоприятном условии развития внутренних и внешних процессов. Мировая практика показывает что даже при существенном...
35584. Предмет и функции гражданского права 175 KB
  Например: возможно заключение договора который предусматривает ежемесячные поставки в определенном законе если покупатель не сообщит о своем отказе от получения товара в течение какоголибо срока до начала очередного срока молчание €œДА€. Так общества с ограниченной или дополнительной ответственностью ассоциации и союзы действуют на основе учредительного договора и устава. Его можно рассматривать как разновидность договора простого товарищества договора о совместной деятельности хотя существует и мнение о том что это...
35585. Система макроэкономических показателей 232 KB
  Поскольку суммирование разнородной по физическим единицам измерения и целям использования продукции возможно только в стоимостном выражении значения таких показателей будут сильно зависеть от рассматриваемых цен. Различают три вида цен используемых для расчета объемностоимостных показателей: а текущие цены т. цены в которых осуществлялись товарные операции отраженные в статистических данных и на основе которых рассчитывались показатели; б сопоставимые цены т. цены приведенные к определенному моменту времени и зафиксированные на...
35586. Спрос и его факторы. Функция спроса 142.5 KB
  Функция спроса. На динамику спроса оказывают влияние ценовые и неценовые факторы: Цена данного товара Р; Цены других товаров субститутов и комплиментов Рs Рc; Текущие доходы потребителей V; Вкусы и предпочтения потребителей Z; Объективные внешние условия потребления N; Ожидания потребителей Е. Зависимость Д от указанных факторов называется функцией спроса: QД = f Р Рs1 Рsn Рc1 Рcm V Z N E где QД объем спроса. Функция спроса от цены: QД = f P.