Изучение законов радиоактивного распада

Цель работы:

экспериментальное определение периода полураспада короткоживущего изотопа.

Приборы и принадлежности:

радиометр Б3, воздушный насос, секундомер.

Литература:

1. Савельев И. В. Курс общей физики. Т. 3. –М.: наука. 1982. С. 243-250.

2. Физический энциклопедический словарь. –M.: Советская энциклопедия. Статьи: радиоактивность, b- распад, a - превращения, слабое взаимодействие.

Введение

Основная закономерность, характеризующая радиоактивный распад с количественной стороны утверждает, что число ядер dN, распадающихся за время dt пропорционально общему числу радиоактивных ядер N и времени dt

,                                                            (1)

где знак минус указывает, что число радиоактивных атомов уменьшается во времени, l - постоянная распада.

Закон радиоактивного распада получается интегрированием соотношения (1)

                                                       (2)

здесь N₀ – число радиоактивных атомов в начальный момент времени, N – число атомов в момент времени t.

Интенсивность радиоактивных превращений характеризуют периодом полураспада Т_1/2  - временем, за которое распадается половина радиоактивных атомов

                                             (3)

Здесь t=l^-1 – средняя продолжительность жизни радиоактивного атома.

 

Радиоактивные превращения (распады) ядер сопровождаются испусканием элементарных частиц: электронов, нейтронов и др., поэтому о числе распадов в источнике можно судить по числу испущенных элементарных частиц. В экспериментах часто измеряют активность источника - А, равную Nl - т. е. числу радиоактивных превращений в источнике в единицу времени.

Постоянную распада l можно определить следующим способом. Прологарифмируем соотношение (2):

                                                           (4)

Для двух моментов наблюдения t₁ и t₂, соответственно, для числа радиоактивных атомов N₁ и N₂ запишем:

Откуда следует, что

                                                            (5)  

Рис. I. Кривая распада в полулогарифмическом масштабе.

Описание экспериментальной установки

Определение периода полураспада короткоживущего изотопа осуществляется при помощи изучения распада изотопов, имеющихся в окружающей среде, в частности, в воздухе. Воздушный поток, формирующийся с помощью воздушного насоса, проходит через тканевый фильтр, который задерживает воздушную пыль с имеющимися в ней радиоактивными элементами. Подготовленный таким образом радиоактивный препарат ис­следуется при помощи счетчика Гейгера-Мюллера и радиометра Б 3. Схема измерений приведена на рисунке 2.

Рис.2.  I- счетчик Гейгера, 2- тканевый фильтр, 3- треки распадных частиц, которые не будут зарегистрированы в эксперименте, 4- треки регистрируемых частиц.

В силу случайного характера распада радиоактивных атомов элементарные частицы, испускаемые радиоактивным источником, будут вылетать из него изотропно по всем направлениям. Часть испущенных частиц, определяемая геометрическими факторами, т.е. размерами счетчика и источника и их относительным расположением, попадает в счетчик и будет зарегистрирована.

При неизменных геометрических параметрах эксперимента скорость счета I (число частиц, регистрируемых в единицу времени) будет пропорциональна (см. (2)) активности источника и должна подчинять ся экспоненциальному закону:

                                                         (6)

Определение постоянной распада в нашем случае производится путем снятия кривой распада., т. е. зависимости от времени скорости счета испущенных источником частиц.

Измерения и обработка результатов.

1. Укрепить на корпусе счетчика Гейгера-Мюллера тканевый фильтр.

2. Подготовить к работе радиометр. Произвести измерение фонового излучения (отсчет вести в течение трёх минут. Повторить три раза).

3. Снять фильтр с корпуса счетчика и поместить его на вы.ходном патрубке воздушного насоса. Включить воздушный насос и в течение 20 минут.пропускать воздух через фильтр.

4. Снять фильтр с воздушного насоса и перенести его на корпус счетчика Гейгера. Включить радиометр и в течение 1 минуты определить число импульсов, регистрируемых счетчиком.

5. Результат записать в таблицу I. Измерения повторять через 3 минуты до тех пор, пока число регистри­руемые частиц не достигнет- уровня фонового излучения за одну минуту.

Таблица I

T
I
lnI

6. Построить график распада в полулогарифмическом масштабе.

7. Определить по формуле (5) постоянную распада.

8. Определить период полураcпада.

 

Вопросы и упражнения.

1. Что такое радиоактивность?

2. Какие виды ядерных превращений Вам известны?

3. Что такое период полураспада?

4. Выразите среднее время жизни радиоактивного атома через период полураспада.

5. Определите по таблицам какие виды радиоактивных изотопов могли осесть на фильтре в проведенном эксперименте?

6. Определите начальную активность использованного в опытах препарата. (Единицей активности в системе СИ является Беккерель (Бк).

 

Лабораторная работа № 13