Измерения и обработка результатов

Ознакомиться с правилами обращения и эксплуатации радиометра Б-3.

Удалить на возможно большое расстояние источник, содержащий b - активный препарат и произвести измерение фонового излучения. Измерения провести 3 раза в течении 3-х минут. Найти среднее значение фонового излучения – < N_ф >.

Поместить источник b - излучения под счетчиком Гейгера-Мюллера и 3 раза в течении 3-х минут провести измерение числа частиц, попадающих в детектор.

Найти среднее значение < N >.

Определить число зарегистрированных распадов:

N¢¢= < N_ф > - < N >.

Измерить и записать геометрические размеры, входящие в (9).

Определить первоначальное число радиоактивных атомов – N₀.

Определить постоянную распада и период полураспада изотопа калия.

Рис. 3. Размеры для определения геометрического фактора. 1 – счетчик Гейгера-Мюллера, 2 – источник.

Примечание

Масса вещества источника — 200 г, коэффициент a=0.1, атомная единица массы равна 1.66*10  кг.

Контрольные вопросы

1. Что такое радиоактивность?

2. Сформулируйте основной закон радиоактивного распада.

3. Чем объясняется большая разница в периодах полураспада у различных b - активных атомов?

Лабораторная работа № 4

Определение максимальной энергии электронов b ^– - распада

 

Цель работы:

экспериментальное определение максимальной энергии, приобретаемой электроном при b^_ - распаде.

Приборы и принадлежности:

радиометр Б-2, приставка со счетчиком Гейгера-Мюллера, набор алюминиевых пластинок, b^_ - активный препарат – соль КСl.

Литература:

1. Савельев И.В Курс общей физики. т.2. -М.: Наука. 1982. § 109.

2. Савельев И.В.. Курс общей физики. т.3. -М.: Наука. 1982. § 70, 81.

3. Физический энциклопедический словарь. -М.: Сов. энциклопедия. 1983. Статьи: бета-распад, слабое взаимодействие.

 

Введение

b - превращением называют процесс самопроизвольного превращения нестабильного ядра в дочернее ядро - ядро-изобар с зарядом, отличным от первоначального на Z= ± 1. b - превращения ядер могут быть вызваны следующими b - превращениями нуклонов (нейтронов и протонов) внутри ядра:

                                        (b^– - распад)

                                      (b⁺ - распад)

                                          (К - захват)

Электроны (е^–), позитроны (е⁺) и нейтрино (n_е) не находятся внутри ядра, а рождаются в момент b - превращения нуклонов.

Измерения энергией электронов и позитронов b - распада показали, что испускаемые частицы могут иметь непрерывный спектр (совокупность) энергий от нуля до некоторой максимальной кинетической энергии, которую называют верхней энергетической границей b - спектра. Вид спектра энергий b^– - распада показан на рисунке 1.

Рис.1. Энергетический спектр b^– распада изотопа . ЕГР – наибольшая энергия  b^–-частиц.

Величина dN/N равна плотности вероятности того, что b^– - частица имеет энергию распада в интервале (Е, Е + dE), N - полное число частиц, dN - число частиц с энергиями в интервале (E, E+dE).

Величина (dN /N)dE имеет смысл вероятности того, что b^– - частица имеет энергию распада в интервале (Е, Е + dE).

Непрерывный характер энергетического спектра b - распада послужил В. Паули основанием для предположения, что в процессах b - распада испускается частица с нулевой массой покоя - нейтрино. Позднее были экспериментально обнаружены: электронное нейтрино и мюонное нейтрино. Ход кривой на рисунке 1 объясняется тем, что энергия распада уносится в виде кинетической энергии продуктами распада. Так как масса ядра велика по сравнению с массами образующихся лептонов, то практически вся энергия уносится либо электроном и антинейтрино, либо позитроном и нейтрино. Е_мах соответствует распаду, при котором вся энергия b - распада уносится электроном или позитроном.

При прохождении через вещество, электроны испытывают многочисленные рассеяния на электронах и ядрах атомов. При каждом таком рассеянии меняется скорость электрона, т. е. он получает ускорение. Из теории электричества известно, что частица движущаяся с энергией Е и зарядом q и испытывающая ускорение а испускает электромагнитные волны с мощностью Р [3]:

с - скорость света в вакууме. Знак (-) указывает на то, что энергия частицы уменьшается.

Наличие радиационных потерь и ионизационных потерь приводит к тому, что при достаточно большой толщине поглотителя вся кинетическая энергия частицы перейдет в энергию электромагнитных волн, а частица остановится - поглотится.

Один из методов определения верхней границы b - спектра заключается в получении кривой поглощения b - излучения в веществе. С помощью набора алюминиевых пластинок находят зависимость числа b - частиц (N), прошедших через пластинки различной толщины d.

Рис.2. Зависимость практического пробега b^– - частиц в алюминии от энергии

Длиной пробега заряженной частицы - R называется путь, на котором ее первичная кинетическая энергия растрачивается за счет взаимодействия с атомами вещества. Обычно пробег измеряют либо в единицах длины, либо в г/см², причем

R (г/cм²)= R (см)×r(г/см³)

где r - плотность материала поглотителя.

Минимальная толщина поглотителя, поглощающая практически все падающие частицы называется практическим (или эффективным) пробегом.

Экспериментальная зависимость пробега R - частицы от ее энергии Е приведена на рисунке 3.