Додаткові теоретичні відомості

Гамма-промені - короткохвильове електромагнітне випромінювання з надзвичайно малою довжиною хвилі (l<10-10 м) і внаслідок цього - з яскраво вираженими корпускулярними властивостями, тобто вони представляють собою потік g-квантів (фотонів) з енергією h /n і імпульсом hn/с.

У дослідах встановлено, що дочірніми ядрами, які в момент свого утворення збуджені і мають надлишкову енергію в порівнянні з природним, нормальним енергетичним станом незбудженого ядра. За дуже короткий час (10-13-10-14 с), дочірнє ядро ​​переходить в нормальний - менш збуджений стан, випускаючи при цьому g-промені які мають дискретний або лінійчатий спектр.
При проходженні через речовину внаслідок поглинання і розсіяння інтенсивність g-випромінювання зменшується. Під час проходження через речовину g-квант може взаємодіяти як з електронною оболонкою атомів (молекул) речовини, так і з їх ядрами. Фізичні процеси, що обумовлюють зменшення інтенсивності -променів приg проходженні через речовину є: утворення пар електрон-позитрон, Комптон-ефект, фотоефект і когерентне розсіяння. Імовірність виникнення того чи іншого процесу залежить від енергії g-фотонів і фізичних властивостей речовини, що поглинає ці фотони. При великих енергіях g-квантів, що перевищують подвоєну енергію спокою переважно виникає поглинання електрона пов'язане з утворенням електронно-позитронної пари.

Із зменшенням енергії фотона зростає ймовірність виникнення Комптон-ефекту. Цей процес також називають і некогерентного розсіяння гамма-випромінювання, тому що при ньому відбувається зміна частоти поглинається фотона.

У міру подальшого зменшення енергії гамма-фотонів зростає ймовірність взаємодії кванта з електронною оболонкою атомів. Виникає фотоефект, при якому електрони вириваються з внутрішніх шарів електронної оболонки. Цей процес називають ще фотоелектричним поглинанням g-променів.

При невисоких енергіях фотона для гамма випромінювання (подібно рентгенівському) може виникати і когерентне розсіювання, при якому змінюється напрям поширення випромінювання при взаємодії його з речовиною, але без зміни його енергії (частоти).

Опис лабораторної установки

Лабораторна установка складається з лічильника (детектора) і перерахункового пристрою ПС-100 (рис.1). Лічильник являє собою циліндричний посудину, наповнену газом до 100-200 мм рт.ст. і містить два електроди - ниткоподібний анод і циліндричний катод. Робоча напруга на лічильнику порядку декількох сотень вольт. При попаданні в обсяг лічильника іонізуючої частки (електрони електрон-позитронної пари при g-випромінювання, вторинні фото-електрони, Комптон-електрони або b-випромінюванні) у ньому виникає самостійний розряд з швидким самогасіння. Розряд обривається включенням великого опору R = 108-109 Oм, а також введенням домішок (пари спирту, галогенів і ін.) до складу газової суміші лічильника. Час гасіння - 10-6 с. Час відновлення чутливості лічильника визначається дрейфом іонів до катода і складає близько 10-4 с. Отже, рахункова характеристика або ефективність лічильника, обумовлена ​​числом зареєстрованих частинок в одиницю часу, досягає десяткa тисяч в секунду.

Рис. 1 Схема лабораторной установки

Електричні імпульси, що виникли в лічильнику, посилюються на підсилювачі (Ус) і надходять у перерахунковий пристрій. На лицьовій панелі цього пристрою знаходяться індикатори розрядів, з яких складається число реєстрованих частинок, і клавіші для встановлення різних режимів роботи (скидання, перевірка, пуск, стоп).

Порядок виконання роботи

При виконанні цієї роботи слід дотримуватися обережності, не допускати торкань до токонесучим частинам, тому що на лічильник подається напруга порядку 400 В. Джерело радіоактивного випромінювання повинно знаходиться в контейнері, і час роботи з ним має бути зведено до мінімуму, з цієї причини всю підготовчу роботу (пункти 1-3) треба виконати заздалегідь.

1. Підготувати установку до роботи. Закріпіть лічильник в штативі, дотримуючись полярності під'єднання електродів згідно з маркуванням. Увімкніть тумблер "мережа" і дайте прогрітися приладу кілька хвилин.

2. Перевірити справність роботи установки. Для перевірки роботи пристрою на вхід подаються імпульси від мережі змінного струму. Натисніть клавішу "скидання" - показання індикаторів "обнуляться". Натисніть клавішу "50 Гц" або "перевірка" і через 1 хвилину - клавішу "стоп". При правильній роботі - індикатори лічильника покажуть значення 3000.

3. Виміряти фон іонізуючого випромінювання - Nф. У нормальних умовах цей фон обумовлений космічним випромінюванням, розпадом ядер радіоактивних елементів, що містяться в оточуючих нас матеріалах і т.д. Виміряйте не менше 3-5 разів число актів іонізації в обсязі лічильника за 1 хвилину. Послідовність операцій: клавіша "скидання", одночасно із запуском секундоміра - клавіша "пуск", через 1 хвилину - клавіша "стоп". Дані з індикаторів занести в таблицю.

4. Виміряти кількість реєстрованих частинок, що випромінюються радіоактивним препаратом N. Капсулу з радіоактивним препаратом помістіть під лічильник і проведіть вимірювання аналогічно зазначеним у пункті 3. Виміряне число часток N 'включає в себе фон іонізуючого випромінювання Nф і число частинок, що випромінюють препаратом і потрапили в об'єм лічильника N. Отже, величина N визначається як різниця N = N '- Nф. Вимірювання провести 3-5 разів, дані занести в таблицю.

5. Виміряйте кількість реєстрованих частинок після поглинання випромінювання препарату металами (залізом - N'Fe, алюмінієм - N'Al, свинцем-N'Pb). Не змінюючи положення капсули, екрануйте її від лічильника пластиною з заліза і виміряйте 3-5 разів число актів іонізації в обсязі лічильника N'Fe. Дані занесіть в таблицю. Аналогічні вимірювання зробіть і для інших металів. Товщина пластин L вказана на металі.

Таблиця1

n	Nф	N’	залізо	алюміній	свинець
п/п	1/мин	1/мин	N’Fe 1/мин	LFe мм	N’Al 1/мин	LAl мм	N’Pb 1/мин	LPb мм
				- - - - -		- - - - -		- - - - -
середнє
	N=	NFe =	NAl =	NPb =
	mFe =... 1/мм	mAl =... 1/мм	mPb =... 1/мм
	L1/2 =.... мм	L1/2 =... мм	L1/2 =.... мм

 

6. Знайдіть середні значення Nф, N ', N'Fe, N'Al, N'Pb.

7. За знайденими середнім значенням визначте величини

N = N '- Nф, NFe = N'Fe - Nф, NAl = N'Al - Nф, NPb = N'Pb - Nф.
8. Визначте і товщину шару половинного ослаблення L1 / 2mкоефіцієнт ослаблення для зазначених металів, враховуючи вирази (2) і (3):
ln (N / NFe)× Fe = (1/LFe) m Fem, LFe1 / 2 = 0.693 /
Alm ln (N / NAl), LAl1 / 2 = 0.693 / × Al = (1/LAl) m
Pb.m ln (N / NPb), LPb1 / 2 = 0.693 / × Pb = (1/LPb) m
Отримані дані занесіть в таблицю.

9. Порівняти отримані результати для різних металів і зробити висновки.

Оформлення роботи. У звіті має бути: а) короткі теоретичні відомості про природу гамма-випромінювання й механізми його поглинання, б) схема установки, в) таблиця з результатами вимірів і обчислень, г) висновки.

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4