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

44719. Sequence of Tenses. Imperative Mood. Quantifiers and their equivalents 54 KB
  LBERT EINSTEIN 18791955 Imgintion is more importnt thn knowledgeâ Einstein lbert Einstein ws born in Germny on Mrch 141879. t the ge of 21 fter four yers of university study lbert Einstein got job s clerk t n office. Einstein expressed his theory in the eqution E=mc roughly tht energy equls mss times the squre of the speed of light. lbert Einstein ws very tlented mn gret thinker.
44720. Infinitive (forms and functions) 33.55 KB
  The oceans cover 147 million square miles of the earth's total surface of 197 million square miles. Geographically, this vast expanse of water has been very thoroughly explored; the surface currents have been charted, the depths of the seas bordering the land have been carefully sounded. Yet, the nature of the ocean was practically unknown until recently, when new techniques and careful mapping did disclose new details of the ocean waters.
44721. Gerund (forms and functions) 114.28 KB
  Prctise reding the following twosyllble words with the stress on the second syllble: Include between employ pply design convert trnsform obtin Prctise reding the following mny syllble words: Electricity impossible ccumulte numerous resistnce temperture emergency photocell complicted Prctise reding the following words with double stress: Engineering semiconductor utomtion conductivity irrespective reproduce Memorize the spelling nd pronuncition of the following words: Vry ['vεərI]...
44722. Ing forms: Participle/Gerund/Verbal Noun 51 KB
  Trnsistors mde it possible to design compct smlldimensioned electronic devices which consume very little power. The trnsistors re successfully used for direct trnsformtion of het energy into electricl energy by mens of therml elements. In lter yers light sources nd lsers were built on the bsis of trnsistors.
44723. Participle (Passive and Perfect Forms) 33.83 KB
  Rdio supplies the communiction service which is so essentil to the modern world nd meeting these needs it hs become rpidly developing industry itself. It is from rdio tht the subject of electronics ws born which being pplied to utomtion brought such remrkble chnges to the technique of tody. The fstest most relible wy to detect n rtificil stellite nd to determine its orbit is by rdio.
44724. Nominative Absolute Participle Clause. Participle+Infinitive 54 KB
  PrticipleInfinitive TEXT 12 The Fundmentl Problems of Television. The word âtelevisionâ by common cceptnce hs come to men the essentilly instntneous trnsmission either by wire or rdio of moving pictures or imges. Essentilly three steps re involved in television nmely: 1 the nlysis of the light imge into electricl signl; 2 the trnsmission of the electricl signl to the points of reception; nd 3 the synthesis of visible reproduction of the originl imge from the electricl signl. nswer the questions: Wht does the word âtelevisionâ...
44725. Infinitive (Passive and Perfect Forms) 80.5 KB
  From the first electronic digital computers of the forties to to-day’s versatile computers and most up-to-date microcomputers, very little has changed as far as basic computer operation is concerned. In the last thirty years, vast improvements in the size, speed and capabilities of computers have taken place
44726. Complex Subject 76.71 KB
  The low temperture physics dels with vrious phenomen occurring tempertures in the region of bsolute zero 273єC. The lowest temperture on Erth is known to hve been registered in the ntrctic bout 80єC. Still lower tempertures re climed to be found on other plnets.
44727. Complex Object. For + Noun (Pronoun) + Infinitiv 83.69 KB
  On the one hnd light ws pictured s wve motion of some sort nd on the other s flight of fstmoving prticles. The wve theory of light seemed to hve defeted the prticle theory when it explined the pproximtely rectiliner propgtion. It ws found tht light could cuse toms tо emit electrons nd tht when light relesed n electron from n tom the energy possessed by the electron very gretly exceeded tht which the tom could ccording to electromgneticwve theory hve received.