4579

Визначення максимальної енергії бета-частинок у спектрі

Лабораторная работа

Энергетика

Визначення максимальної енергіїбета-частинок у спектрі Мета роботи: визначення максимальної енергії бета-частинок в спектрі. Короткі теоретичні відомості Бета-розпад — це самовільний процес, в якому нестабільне ядро перетворюєтьс...

Украинкский

2012-11-22

78 KB

2 чел.

Визначення максимальної енергії бета-частинок у спектрі

Мета роботи: визначення максимальної енергії бета-частинок в спектрі.

1. Короткі теоретичні відомості

Бета-розпад — це самовільний процес, в якому нестабільне ядро  перетворюється на ядро-ізобар  або . Кінцевим результатом цього процесу є перетворення в ядрі нейтрону в протон або протону в нейтрон. Можна сказати, що β - розпад є не внутрішньоядерним, а внутрішньонуклонним процесом. При ньому відбуваються більш глибокі зміни речовини, ніж при  - розпаді.

Розрізнять три види β - розпаду:

а) електронний β– - розпад, в якому ядро випускає електрон, а тому зарядове число Z збільшується на одиницю:

;     

б) позитронний β- розпад, в якому ядро випускає позитрон та з цієї причини його зарядове число Z зменшується на одиницю:

;     

в) електронне захоплення (е - захоплення), в якому ядро поглинає один з електронів електронної оболонки, а тому зарядове число зменшується на одиницю:

.     

Звичайно електрон поглинається з К-шару атому, оскільки цей шар знаходиться ближче за все до ядра. В цьому випадку е - захоплення називають К-захопленням. Електрони можуть поглинатися також з L- або M-шару і т.д., але ці процеси значно менш імовірні.

Радіоактивні атоми одного і того ж сорту випромінюють електрони різноманітних енергій, починаючи від нуля до деякого граничного значення, яке називається верхньою границею β-спектру. Повна енергія β-розпаду повинна дорівнювати верхній границі спектру плюс енергія, яка еквівалентна сумі мас спокою електрону та нейтрино, які народжуються в процесі розпаду. Тобто енергія розподіляється між електроном та нейтрино. В тому випадку, коли електрон випускається з енергією Emax, яка відповідає верхній границі β-спектру, на долю нейтрино припадає нульова кінетична енергія. Чим менше енергія електрона, тим більше кінетична енергія нейтрино. Сума цих енергій при кожному індивідуальному акті β-розпаду дорівнює Emax.

На сьогоднішній день відомо більше 700 штучних бета-ізотопів. Важко назвати елемент, який не має хоча би одного бета-активного ізотопу. Всі ці нестабільні ядра мають загальну особливість. Вони випромінюють електрони (або позитрони) не з певною для даного ядра енергією, але у вигляді неперервного енергетичного спектру, який простягається від нуля до деякої верхньої границі, яка звичайно лежить в області від 1 до 2 МеВ. Напевно, бета-активний ізотоп з найбільш низькою границею β-спектру є  ( ≈ 0.011 МеВ), а з найвищою —  ( ≈ 12 МеВ).

У випадку простого β-спектру максимальну енергію зручно визначати по товщині шару половинного поглинання β-частинок в речовині. Для цього треба виміряти швидкість рахунку частинок, які випромінюються бета-активним джерелом, в залежності від товщини поглинача. Як поглинач для β-частинок зазвичай використовують алюмінієву фольгу.

В даній роботі всі поправки вводяться як співмножники до отриманої кількості рахунку.

Поправку на поглинання бета-частинок на шляху джерело — лічильник обчислюють за формулою:

,     

де Δ — товщина шару половинного поглинання (мг/см2), в даній роботі Δ = 78 мг/см2. Товщина шару половинного поглинання залежить від максимальної енергії Emax бета-спектру. Її можна обчислити з наступних емпіричних співвідношень:

при 0,15 МеВ < Emax < 0,7 МеВ   Δ (мг/см2) = 55 · (Emax)1,66 ,     (1а)

при 0,7 МеВ < Emax < 2,5 МеВ  Δ (мг/см2) = 53 · (Emax)1,47.      (1б)

Тут ρd — масова товщина речовини на шляху від препарату до робочого об’єму лічильнику:

ρd = (ρd)пов + (ρd)в + (ρd)погл ,    

де (ρd)пов — масова товщина шару повітря між джерелом та лічильником, а (ρd)в — масова товщина вікна лічильника, (ρd)погл — масова товщина поглиначу (в даній роботі поглиначем є алюміній). Сумування масових товщин за формулою (5) допустимо лише для легких та середніх елементів.

2. Опис вимірювальної установки

Установка складається з джерела бета-частинок, торцевого лічильника Гейгера-Мюллера для β-частинок.

Виконання роботи:

Таймер поставлений в положення 30 с.

Вимірювання кількості β-частинок для різної товщини поглинача. В якості поглинача скористались алюмінієвою фольгою.

Результат запишемо до таблиці.

К-ть слоїв

Інтенсивність

<I>

S<I>

0

I1

44

40

58

44

54

51

61

50,29

2,98

0,14

1

I2

43

43

58

44

54

51

61

50,57

2,82

0,13

2

I3

42

37

48

40

33

33

26

37,00

2,71

0,18

3

I4

39

50

38

36

54

32

38

41,00

3

0,18

4

I5

33

30

38

50

37

45

41

39,14

2,60

0,16

6

I6

24

34

30

26

31

41

23

29,86

2,38

0,19

8

I7

23

35

25

21

22

16

34

25,14

2,63

0,25

Середнє квадратичне відхилення було розраховано за формулою:

       

Відносна похибка вимірювань задається співвідношенням: 

                                                             .

Вимірювання масової товщини поглинача:

Слой

m, мг

a, см

b, см

S, см2

ρd поглинача, мг/ см2 

ρd, мг/ см2

8

740

5,5

4,4

24,2

30,58

36,2

4

360

5,5

4

22

16,36

22

2

190

5,6

4,2

23,5

8,08

13,7

1

80

5,2

4,2

21,8

3,66

9,33

Побудуємо графік залежності швидкості рахунку β-частинок від масової товщини поглинача ln I (ρd).

ρd, мг/ см2

I

ln I

5,67

50,29

3,9178

9,33

50,57

3,9234

13,75

37,00

3,6109

17,57

41,00

3,7136

22,03

39,14

3,6671

29,84

29,86

3,3965

36,25

25,14

3,2245

залежність ln I(pd)

З графіка ми отримали:

А = -2,8;

ΔА = 0,05;

Можемо наступним чином визначити товщину шару половинного поглинання:

   

де А — кутовий коефіцієнт, який отримано за допомогою МНК.

 

Δ (мг/см2) = 55 · (Emax)1,66           - емпіричне співвідношення

Δ=28±3 мг/см2

Е = 0.66±0.17 МеВ

Висновок:

в ході виконання даної роботи було визначено максимальну енергію бета-частинок в спектрі E=0,66±0,17 МеВ.

Отримані під час виконання роботи данні було записано до таблиці. Було побудовано залежність ln I(pd). 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

66979. Екологія і раціональне використання ресурсів 1.12 MB
  Мета: Продовжити знайомити учнів з поняттями «екологія», «екологічна криза»,вчити раціонально використовувати ресурси, сприяти усвідомленню дітьми власної відповідальності за порушення екологічної рівноваги на Землі зацікавити учнів у вивченні даної теми...
66980. «Від сивої давнини... до сьогодення» 605 KB
  Задачі уроку: формувати громадські уявлення та патріотичні почуття належності до українського народу; познайомити учнів з головними історичними подіями в процесі розвитку рідного міста; поширити знання учнів про символіку Донецька; виховати любов до нашого міста почуття шанування його громадян.
66981. Сценарий праздника «День окружающей среды» 63.5 KB
  Цель: вызвать интерес к экологическим проблемам планеты и желание созидательно взаимодействовать с природой. Задачи: воспитывать у учащихся стремление к распространению экологических знаний и личному участию в практических делах по защите окружающей среды...
66982. «Ти - наше диво калинове, кохана материнська мово!» 56 KB
  Мета: Формувати розуміння того що українська мова наш скарб без якого не може існувати ні народ ні Україна як держава. Шевченка плакати Без мови рідної юначе й народу нашого нема ...
66983. День народження школи 38 KB
  Ніколи біда не ввійде у ваш дім Здоровя і щастя вам зичімо всім Ведуча Дорогі колеги шановні гості сьогодні Ми зібралися у цій залі неспроста. Ведуча Наша школа невелика Але завжди гомінка Метушлива й проворна Завдяки дітлахам що сюди поспішають А сьогодні шановних гостей вітають Номер...
66984. Прийшла любов непрохана й неждана… Сценарій свята до Дня святого Валентина 56.5 KB
  Що таке кохання Це казка вичарована з життя й життя вчароване у казку. Цього дня навіть повітря сповнене коханням. А з чого власне усе розпочиналося Мудрець повідав істину людині: Кохання й миле серце річ одна як душі мудрі з розумом єдині отак і їх ніщо не розєдна.
66985. День Вчителя 56.5 KB
  На вулиці знову осінь А літо пропало в імлі. Ведучий: Красуня-осінь Справжня чарівниця. Ведучий: Такосінь це не тільки пора рокуосінь це свято. Звучить пісня Осінь Ведучий: У осені свят багато це знають тут усі Та два шкільних є свята в усій її красі...
66986. Цінність держави визначається цінністю її громадян 33.5 KB
  Найщасливіша та людина яка потрібна всім 2 група: Щастя у праці 3група: Щастя за гроші не купиш 4 група: Щастя у коханні 5 група: Щастя у подоланні себе у самовдосконаленні 6 група: Якщо хочеш бути щасливим будь ним Ви майбутнє України. Додаток Надпис на дошці: Щастяце вічна дорога земна Щастяце літо зима і весна...
66987. «Права та свободи твої, дитино» 54 KB
  Мета: познайомити учнів із правами дитини, показати важливість юридичного закріплення права дітей на особливе піклування та допомогу з боку суспільства та держави. Виховувати в учнів розуміння цінності особистості кожної дитини, необхідності дотримання її прав.