Список та графік виконання лабораторних робіт з курсу Фізика атомного ядра

Список та графік виконання лабораторних робіт з курсу Фізика атомного ядра

для студентів 531, 532 та Ф-3 груп

1.	ВИЗНАЧЕННЯ ГРАНИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ β -СПЕКТРУ РАДІОАКТИВНОГО ІЗОТОПУ МЕТОДОМ ПОГЛИНАННЯ	інструкція
2.	ВИВЧЕННЯ ГАЗОРОЗРЯДНОГО ЛІЧИЛЬНИКА ГЕЙГЕРА-МЮЛЛЕРА	інструкція
3.	ДОЗИМЕТРІЯ	інструкція
4.	ВИВЧЕННЯ ЗАКОНОМІРНОСТЕЙ РАДІОАКТИВНОГО РОЗПАДУ	інструкція
5.	ДОСЛІДЖЕННЯ РАДІОАКТИВНОСТІ ПРИРОДНИХ СОЛЕЙ.	інструкція
6.	ВИВЧЕННЯ ПОГЛИНАННЯ g - ВИПРОМІНЮВАННЯ СВИНЦЕМ І АЛЮМІНІЄМ.	інструкція
7.	ВІРТУАЛЬНА РОБОТА «АТОМНИЙ РЕАКТОР»	інструкція
8.	ТВОРЧА РОБОТА	завдання

 

Графік виконання робіт

N п/п	1.	2.	3.	4.	5.	6.	7.	8.	9.	10.
№ групи
1.
2.
3.
4.
5.

 

 

Лабораторна робота № 1

ВИВЧЕННЯ ГАЗОРОЗРЯДНОГО ЛІЧИЛЬНИКА

ГЕЙГЕРА-МЮЛЛЕРА

МЕТА РОБОТИ: ознайомитися з принципом роботи і робочими характеристиками лічильника Гейгера-Мюллера.

ЗАВДАННЯ: 1. Вивчити елементи теорії і будови лічильника Гейгера–Мюллера: одержати експериментальні дані для побудови рахункової характеристики і визначити характеристики лічильника.

ПРИНЦИП РОБОТИ ЛІЧИЛЬНИКА ГЕЙГЕРА - МЮЛЛЕРА.

На рис.1. зображено фізичну установку для дослідження провідності газу, що знаходиться в скляному балоні. До газу прикладене електричне поле, напруженістю Е.

Рис. 1.

1. скляний балон;

2. катод (циліндр);

3. анод (нитка);

4. елементи електричного ланцюга.

Струм у колі виникне у випадку появи в трубці вільних носіїв заряду. У даному випадку заряди в трубці будуть виникати під дією іонізуючого випромінювання (a -, b-, g- випромінювання). Якщо газовий об’єм у балоні пронизує постійний потік іонізуючого випромінювання, то величина струму I у ланцюзі лічильника визначається прикладеною до нього різницею потенціалів (V₂ – V₁ = V). Функція I(V) характеризується таким графіком (рис.2.).

Лічильник Г.-М. працює у відзначеній області Г., що називається областю Гейгера. Різниця потенціалів в області Г настільки велика, що вільні заряди, що утворилися в газі (електрони й іони) здобувають в електричному полі трубки енергію, достатню для вторинної іонізації. Це створює умови для виникнення і підтримки самостійного розряду. Тому область Г дуже чутлива до зовнішніх іонізаторів. У цій області газового розряду працює лічильник Г.-М.

Рис. 2

Самостійний розряд у трубці можна погасити, якщо зменшити різницю потенціалів на електродах трубки. Для цього досить послідовно з газовим проміжком включити опір визначеної величини. Також можливо автоматичне гасіння самостійного розряду в трубці введенням у газ компонентів молекулярного газу і підбором параметрів газу.

Газова трубка, що працює в області газового розряду Гейгера та володіє властивістю автоматично гасити самостійний розряд, що виникає, це лічильник Гейгера-Мюллера.

ЛІЧИЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЛІЧИЛЬНИКА.

Лічильна характеристика n(V) відбиває число імпульсів зареєстрованих установкою в залежності від напруги на електродах лічильника (рис.5.). Крива починає рости з деякого значення напруги V₀. При напругах менших V₀ амплітуда вихідних імпульсів лічильника недостатня для запуску рахункового пристрою.

Рис.5

В міру росту напруги V амплітуди імпульсів наростають, що і приводить до росту швидкості лічби. В області напруг від V₀ до V₁ має місце розкид імпульсів по амплітудах, що виникає унаслідок флуктуацій у розвитку і гасінні розряду і деяка частка імпульсів може виявитися не поліченою! При деякій напрузі V більшому V₁ установка фіксує всі імпульси, що потрапили в лічильник. При подальшому підвищенні напруги швидкість рахунка не повинна змінюватися, однак досвід показує, що вона повільно підвищується.

Це підвищення порозумівається появою так званих помилкових імпульсів, що виникають за рахунок порушення механізму гасіння розряду. Якщо продовжувати збільшувати напруга на лічильнику, то при деякім його значенні число помилкових імпульсів швидко зросте й у лічильнику виникає безупинний розряд, що не піддається гасінню.

ВИКОНАННЯ РОБОТИ.

а) Зняття рахункової характеристики:

Для зняття рахункової характеристики лічильника зібрана схема, показана на мал.6.

Після включення в мережу вся установка повинна нагрітися протягом 10 хв. Блок живлення (УІП) дозволяє змінювати напруги на лічильнику в межах V = 0-700 В. Для одержання точок графіка рахункової характеристики рекомендуємо змінювати напругу через 20 В, а час підрахунку імпульсів t=30 с. На графіку відкладаємо число імпульсів, зареєстрованих лічильником за 1с, тобто n = N/t, де:

n – швидкість рахунка; N – число імпульсів за час t.

Рис.6.

Блок-схема установки:

УІП - блок живлення; ВР - 7 - вольтметр; ПСО2 - 4 - перерахунковий пристрій; СГМ - лічильник Г.-М.; А - радіоактивний елемент.

Результати досвідів заносять у таблицю:

V	N	t	n	D nср	nср

Для оцінки статистичної помилки необхідно провести ряд вимірів (не менш 3-х) числа імпульсів N для середини плато кривої n(V) за час –100с і оцінити середній і відносний розкид швидкості рахунка Dn_ср і Dn_ср/n_ср (у процесі виміру не можна зміщати радіоактивний препарат, тому що це може привести до додаткових помилок виміру). За отриманим значенням N(V) необхідно побудувати графік n(V), визначити ширину плато графіка DV=V₂-V₁ і його нахил j, що обчислюється по формулі:

(2)

де Dn – зміна n по всій ширині плато. Лічильник вважається гарним, якщо ширина плато DV=250-300 В, а нахил j =3-5 %, мертвий час t = 10^-4с.

До характеристик лічильника відноситься робоча напруга V_p і V₀.

б) Визначення часу рахункової установки, що t_{дозволяє,} р.

(У роботі приймається, що t_P = t_M)

Існує кілька методів виміру t_M. У роботі використовується метод двох джерел. Для цей лічильник опромінюється потоком часток 1-го джерела - n₁, потім потоком часток другого джерела - n₂, а потім обома джерелами одночасно n_1,2. Якщо t_М = 0, то лічильник зареєструє показання так, що n_1,2 = n₁ + n₂. Якщо t_М № 0 (тобто при наявності прорахунків), n_1,2 № n₁ + n₂ (звичайно t_М № 0, тому n_1,2 < n₁ + n₂). Щоб знайти t_М використовуємо рівність виду:

(3)

Лічильник вважається гарним, якщо його t_М= 1-2Ч 10^-4с.

РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ.

1. Представити графік n(V) із указівкою потрібних крапок і величин, що визначаються;

2. Визначити t_р, порівняти з паспортними даними;

3. Записати тип лічильника, його паспортні дані й отримані характеристики лічильника з указівкою можливої помилки виміру: V₀, V_раб, ДV, ц, ф.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ.

1. Як улаштований лічильник Гейгера-Мюллера? Яке його призначення?

2. Які фізичні процеси дозволяють фіксувати частки, що попадають у лічильник?

3. Описати рахункову характеристику лічильника?

4. Чим визначається час рахункової установки, що дозволяє?

5. Як оцінити мертвий час лічильника?

 

ЛІТЕРАТУРА.

1. Савельєв И.В. Курс загальної фізики. т.3. 1973,1979.;

2. Садеков Х.М. Експериментальне дослідження деяких властивостей ядерного випромінювання. Уфо,1980.;

3. Сивухин. Курс загальної фізики. т.4.

 

ДОСЛІДНІ РЕЗУЛЬТАТИ

№	V	N	t	ncp	Dncp

 

Графік: лічильна характеристика лічильника.

Дані для визначення мертвого часу.

V	t	n1	n2	n1+n2	tm

 

Характеристики лічильника

1. Визначені дослідом.

V0	Vраб	DVпл	f	tm
2.Наведені в інструкції.
V0	Vr(В)	DV(В)	f	tm
		250-300	3-5%	10^-4 с

Лабораторна робота № 2

ВИВЧЕННЯ ЗАКОНОМІРНОСТЕЙ

РАДІОАКТИВНОГО РОЗПАДУ

МЕТА РОБОТИ: визначити характер закономірності радіоактивного розпаду.

ЗАВДАННЯ:

1. Отримати статистичні дані, що характеризують розпад ядер у радіоактивному препараті;

2. Порівняти отримані статистичні дані розпаду ядер з теоретичною кривою, яка характеризує статистичний процес;

3. Визначити характер закономірності радіоактивного розпаду.

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ.

Розділяють два типи фізичних закономірностей: динамічні і статистичні.

Динамічні закономірності дають однозначну картину явищ, тобто знаючи умови, що характеризують систему в деякий початковий момент часу, можна передбачити її стан в будь-який момент часу.

Статистичні закономірності встановлюють зв'язок між явищами, які не носять однозначний характер. Ці закономірності проявляють себе тоді, коли випадкові явища протікають незалежно одне від одного.

При дослідженні статистичних закономірностей важливу роль має статистична похибка. Вона пояснюється наявністю флуктуацій у вимірюваній величини біля її середнього значення.

Радіоактивний розпад ядер носить імовірний характер. При цьому імовірність розпаду ядра Р пропорційна інтервалу часу Dt і може бути представлена у вигляді:

,

де l - постійна розпаду, що визначається властивостями ядра.

Завдяки спонтанного розпаду ядер закон радіоактивного розпаду має вигляд:

(1)

N_o – число радіоактивних ядер в момент часу t = 0;

N(t) – число радіоактивних ядер в момент часу t.

Закон радіоактивного розпаду носить статистичний характер і виконується точно тільки для великих чисел N_o і N.

Статистичний характер закону можна перевірити експериментально за методикою, запропонованою Резерфордом і Гейгером. Вони підраховували число частинок, які випромінював радіоактивний препарат малої інтенсивності за однакові проміжки часу. Далі за результатами експерименту визначалась загальна кількість періодів (проміжків)

часу, за який випромінювалось однакове число частинок і будувався графік залежності числа інтервалів N від числа зареєстрованих часток n, тобто N_ек(n).Отримана під час експерименту залежність N_ек(n) порівнювалась з аналогічною теоретичною залежністю, описаною статистичною формулою Пуассона.

Формула Пуассона описує статистичні процеси, що носять дискретний і незалежний характер. З її допомогою можна передбачити імовірність Р(n_i) певної події (поява n_i частинок за проміжок часу Dt=1 с).

Формула Пуассона має вигляд:

(2)

де – середнє число частинок, що з’являються за проміжок часу Dt=1 с. визначається за формулою:

(3)

де, n_i – число імпульсів за i -й проміжок часу, “ i ” змінюється від 1 до К, де К – кількість інтервалів (проміжків часу) в досліді.

Користуючись формулою (2) можна розрахувати теоретично скільки разів при виконанні досліду спостерігається однакове число імпульсів N_Т(n_i) радіоактивного розпаду. Якщо всіх інтервалів в досліді було К, то:

N(n_i)=P(n_i)•K (4)

Порівнюючи графік N_ек(n_i), що отримали експериментально, із графіком N_T(n_i) можна визначити їх подібність чи розбіжність і зробити висновок про характер закону радіоактивного розпаду. Якщо графіки збігаються в межах можливих похибок, то закон радіоактивного розпаду носить статистичний характер і імовірність певного розпаду можна визначити за формулою Пуассона (2). В цьому переконуються студенти, виконуючи дану лабораторну роботу.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ.

1. Ознайомиться з експериментальною установкою, роботою її окремих приладів, з електричною схемою установки.

2. Перевірити працездатність приладу ПСО2-4 в режимі “проверка”, а далі визначити радіоактивний фон в лабораторії. Для цього треба нажати кнопку “однократное действие”, “300 с”, “сброс”, “пуск”. Знайти середнє число частинок n_ф фону за 1с.

3. Установити радіоактивний препарат під лічильником Г.-М. і накрити алюмінієвими пластинами. Виключити кнопку “однократное действие” і змінити час - 1 с. Приготувати листок паперу в клітинку (на розвороті) для побудови графіку. На вісі абсцис відкладаємо число імпульсів n, що з’являються на табло лічильника ПСО2-4 за 1с, а по вісі ординат – число повторень кожного імпульсу N_e(n). (мал. 1.)

4. Переконавшись, що прилад працює вірно, приступайте до зняття статистичних даних:

а) одержати не менше 500 відрахунків;

б) визначте середнє значення кількості імпульсів за 1 с - . Для цього на пристрої ПСО2-4 натисніть “300 с”, “однократно”, “сброс”, “пуск”. Отримане число потрібно розділити на 300).

5. Після зняття всіх відрахунків на листку паперу (мал. 1.) утвориться фігура із точок. Поблизу крайніх точок проведіть плавну криву. Це і є експериментальна крива набору статистичних даних N_е(n_i). Для побудови графіка N_T(n_i) по формулі (4) дані, що використовувалися для побудови графіка, занесіть у таблицю 1.

6. Звіт по даній роботі подавати у вигляді заповненої таблиці розрахунків і графіка N_е(n) експериментального і теоретичного N_Т(n).

7. Оцінити вірогідність отриманих результатів.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ.

1. У чому складається розходження між статистичними і динамічними закономірностями?

2. Що описує формула Пуассона?

3. Який зміст теоретичної кривої, одержаної за формулою Пуассона?

4. На підставі отриманих результатів доведіть статистичний характер закону радіоактивного розпаду.

ЛІТЕРАТУРА.

1. Савельєв И.В. Курс загальної фізики. Т. З. Наука, 1979.

2. Базакуца В.А. Лабораторний практикум по фізиці. Ч.2., Харків, 1972.

 

РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

Таблиця 1.

N (відлік.)	n	P(n)	NТ(ni)	Nе(ni)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.

 

Рис. 1.

Лабораторна робота № 3

ДОЗИМЕТРІЯ

МЕТА: ознайомитися з основними поняттями і величинами дозиметрії і навчитися визначати їх дослідним шляхом.

ЗАВДАННЯ ДО РОБОТИ:

1. Вивчити основні дозиметричні величини і одиниці їх виміру;

2. Познайомитися з принципом дії і роботою дозиметра ДРГЗ-02

3. Провести дозиметричні виміри у приміщенні;

4. Визначити активність і потужність експозиційної дози радіоактивного

препарату.

ПРИЛАДИ І МАТЕРІАЛИ:

1. Дозиметр ДРГЗ-02;

2. Контрольний радіоактивний препарат;

3. Дослідний радіоактивний препарат.

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ.

При радіоактивному розпаді ядер випромінюються елементарні частки , , , р і рештки ядер. Розпад ядер відбувається спонтанно і описується законом

(1)

де N₀ - попереднє число ядер, N - кількість ядер, що залишилися на час t. Швидкість розпаду ядер визначається постійною , яка характеризує імовірність розпаду ядра за 1 с. Так, якщо радіоактивних ядер в препараті N, то за 1 їх розпадається . Це число називається активністю A радіоактивного препарату, тобто

(2)

Розділ фізики, що вивчає активність радіоактивних ізотопів, зветься радіометрією. За одиницю активності історично визначилась активність одного граму радію (Rа). Ця одиниця отримала назву Кюрі (Кu). 1 Кu = розп./с. Ще одна одиниця активності - Резерфорд. 1 Резерфорд = розп./с. В системі СІ за одиницю активності прийнято - Беккерель (Бк). 1 Бк = 1 розп./с.

Частинки, що випромінюються радіоактивними ізотопами, при взаємодії з атомами чи молекулами можуть викликати їх збудження або іонізацію. Тому радіоактивне і рентгенівське випромінювання називають іонізуючим випромінюванням. В зв'язку з широким застосуванням радіоактивних ізотопів їх іонізуючу дію на речовину стали вивчати досконало і був утворений розділ фізики, який вивчає властивості іонізуючого випромінювання, фізичні величини, що характеризують взаємодію іонізуючого випромінювання із середовищем, а також засоби і методи вимірювання цих величин.

Фізичну величину, що характеризує взаємодію іонізуючого випромінювання із середовищем називають дозою поглинання.

Доза поглинання (Д) - дорівнює відношенню середньої енергії , переданої іонізуючим випромінюванням речовині в певному об’ємі, до маси речовини в цьому ж об’ємі:

(1)

Одиниця поглиненої дози в СІ - грей (Гр). 1 Гр = 1 Дж/кг. Часто користуються позасистемною одиницею дози поглинання - рад. 1 рад = Гр. Потужність дози поглинання Д виражається дозою, яку одержує речовина за одиницю часу:

(2)

Доза поглинання характеризує не саме іонізуюче випромінювання, а його вплив на середовище. Один і той же потік випромінювання може створити різну дозу поглинання. Це пояснюється різними фізичними процесами взаємодії випромінювання з речовиною.

Фотони і нейтрони відносяться до іонізуючого випромінювання, що посередньо іонізує речовину. Їх безпосередня взаємодія з речовиною породжує заряджені частинки, що і викликають іонізацію середовища. Визначення енергії поглинання побічного іонізуючого випромінювання викликає окремі ускладнення. Для її оцінки введена особлива величина - керма (К), що являється мірою енергії, переданої побічними іонізуючими випромінювачами зарядженим частинкам в певному об’ємі.

Керма - це відношення суми початкових кінетичних енергій всіх заряджених іонізуючих частинок певного об’єму до маси речовини в цьому ж об’ємі.

(3)

Одиниця вимірювання кермі у СІ - 1 Гр.

До недавнього часу (1990 р.) для характеристики дії поля фотонного випромінювання на середовище, використовували експозиційну дозу. Вона визначала іонізаційну дію рентгенівського і гамма-випромінювання на повітря (використовується і до цього часу).

Експозиційна доза () фотонного випромінювання - це відношення сумарного заряду всіх іонів одного знаку при повній загальмованості електронів в певному об’ємі повітря з масою до маси повітря в цьому ж об’ємі:

(4)

Одиниця в системі СІ 1 Кл/кг.

Потужність експозиційної дози рівна:

(5)

Позасистемною одиницею експозиційної дози є рентген (Р). Експозиційній дозі в 1 Р відповідає сумарний заряд , що дорівнює одній електростатичній одиниці кількості електрики в 0,001293 г повітря (маса 1 см³ повітря при нормальних умовах).

(1 Р відповідає утворенню в 1 см³ повітря пар іонів. На утворення одної пари іонів в повітрі витрачається в середньому 34 еВ енергії.

До цього часу більшість дозиметричних приладів проградуйовані в рентгенах.

Біологічна дія іонізуючого випромінювання залежить як від виду випромінювання, так і від виду біологічної тканини, з якою воно взаємодіє. При одній і тій же дозі поглинання біологічний ефект дії іонізуючого випромінювання різний.

Для характеристики дії іонізуючого випромінювання на біологічну тканину вводиться поняття відносної біологічної ефективності або коефіцієнт якості іонізуючого випромінювання “К”.

Якщо - доза поглинання еталонного випромінювача, а - доза поглинання випромінювача, що викликає той же біологічний ефект, що і , то

(6)

Для оцінки біологічної дії іонізуючого випромінювача вводиться поняття еквівалентна доза (Н). За визначенням:

(7)

В системі СІ за одиницю еквівалентної дози приймають 1 зіверт (Зв).

Коефіцієнт К для рентгенівського, , випромінювання дорівнює одиниці. Для нейтронів , для -частинок К=20.

Згідно нормативних положень категорії людей групи А* за 1 рік не повинні отримати більше Зв., а населення групи В** - не більше Зв.

* - що працюють з радіоактивними препаратами.

** - не пов’язане з радіоактивними препаратами.

ДОЗИМЕТР ДРГЗ-02

До складу дозиметра ДРГЗ-02 входить:

1. Детекторний блок (БД), який складається з детектору, кільцевої діафрагми і фотоелектронного помножувача;

2. Підсилювач постійного струму;

3. Блок живлення.

Детектор являє собою суспензію із сірчистого цинку, активованого сріблом у сцинтиліруючій пластмасі на основі полістиролу. Енергія рентгенівського чи - випромінювання в детекторі перетворюється в світлову енергію. Світлові фотони за властивістю фотоефекту викликають імпульси струму, що надходить до підсилювача. Таким чином, робота дозиметра основана на принципі вимірювання середньої інтенсивності сцинтилляцій в детекторі, що є пропорційною вимірюваній потужності дози Д.

ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ

1. До комплекту дозиметра входить радіоактивний препарат типу Т-19 ⁹⁰Sr - ⁹⁰Y з активністю 18,5 • 10⁴ с^-1. Контейнер контрольного препарату має товщину стінок, що забезпечують повністю поглинання радіоактивних частинок. Забороняється порушувати фольгу, що закриває радіоактивну речовину, наближати відкритий контейнер до очей.

2. У блоці живлення є напруга в межах 1000-1600 В. Забороняється відкривати детекторний блок, неохайно поводитися з приладом.

ВИКОНАННЯ РОБОТИ.

1. Ознайомтеся з дозиметром і підготуйте його до роботи відповідно з інструкцією до приладу. (інструкція вивчається в лабораторії).

2. Необхідно провести вимірювання потужності експозиційної дози Д контрольного препарату на діапазоні приладу 10 мкР/с.

3. Провести заміри в лабораторії в різних її частинах, а також у коридорі. Якщо прилад не виявляє іонізуючого випромінювання, то потужність випромінювання не перевищує чутливості приладу;

4. Визначите активність “А” невідомого радіоактивного препарату. Для цього необхідно виміряти потужність експозиційної дози препарату дозиметром і розрахувати “А” за формулою (8).

ЗВІТ ПРО РОБОТУ

1. Записати визначення понять, величин і одиниці вимірювання, якими користуємося в роботі;

2. Занести в таблиці необхідні виміри, провести розрахунки. Підкреслити кінцеві результати;

3. Висновки про радіоактивний фон в приміщенні.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ.

1. Що таке іонізуюче випромінювання?

2. Описати взаємодію іонізуючого випромінювання з речовиною.

3. Активність препарату і одиниці вимірювання.

4. Доза поглинання, потужність дози. Одиниці вимірювання.

5. Небезпечна дія іонізуючого випромінювання. Можливий захист.

6. Що таке радіаційний фон? Яка потужність експозиційної дози радіаційного фону в нашій місцевості

ЛІТЕРАТУРА.

1. Савельєв И.В. "Курс загальної фізики" Т.3. 1979 (1973);

2. Широков Ю.М., Юдин Н.П, "Ядерна фізика" М. 1972;

3. Іванов В.И. "Курс дозиметрії" М. 1988

Таблиця І

Перевірка дії дозиметра.

№	Діапазон виміру	Вимір	Похибка виміру

Висновки _______________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Таблиця ІІ.

Потужність експозиційної дози в приміщенні і на вулиці.

№	Діапазон	Місто	Середнє	Похибка
		Лабораторія
		Коридор
		Вулиця

Висновки _______________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Таблиця ІІІ

Визначення активності препарату .

№	Діапазон	r (см)		А (Ku)	A (Бк)

Розрахунки А

 

Висновки _______________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ВИМІРЮВАННЯ ДОЗИМЕТРІЇ.

ІОНІЗУЮЧЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ (ІВ) - це таке випромінювання, яке взаємодіючи з речовиною,спонукає утворення електричних зарядів різних за знаками.

Виділяють два види ІВ: квантове (фотонне) і корпускулярне випромінювання. До фотонного випромінювання відносять - і рентгенівське випромінювання. Енергія - квантів знаходиться в межах від десятків КеВ до декількох МеВ. Енергія рентгенівських фотонів - від 10 КеВ до 100 КеВ.

Корпускулярне випромінювання (KB) - це випромінювання, що має частинки з масою спокою відмінною від нуля. Існують такі види KB - - випромінювання, - випромінювання, нейтронне і протонне випромінювання.

Основними фізичними характеристиками руху частинок є розсіювання їх енергії на одиницю шляху () і повний пробіг R частинками в речовині. Під час руху частинки викликають іонізацію і приводять в збуджений стан атоми речовини.

 

- поле функції

Лабораторна робота № 4.

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ.

ФОТОЕФЕКТ.

Фотоефект виникає при взаємодії g-квантів з атомом речовини. В результаті цього процесу з атому вилітає електрон із енергією, що дорівнює різниці енергій g-кванту і енергії зв'язку електрону в атомі. При цьому найбільш імовірно, що енергія кванту передається електрону, що знаходиться на найближчому до ядра К-шарі.

Якщо через s_К позначити ефективний перетин фотоефекту на К-шарі, а через s_L і s_М на L і М шарах, то для g-частинок середніх енергій співвідношення між перетинами поглинання для різних шарів можна виразити так:

Перетин фотоефекту є функція атомного номеру Z (величина заряду ядра) і енергії g-кванту. Із збільшенням заряду ядра (Z), перетин фотоефекта, що визначається атомом речовини, збільшується як Zⁿ (4<n<5). При збільшенні енергії g-кванту перетин фотоефекту зменшується. При малих енергіях (Е” 0,2 МэВ) як , а при великих (Е” 0,5 МэВ) за законом 1/Е. (?) Тому, особливо важливо потрібно враховуввати фотоефект при взаємодії g-квантів з речовиною, що складається з важких атомів (Pb, Ag) і при малих енергіях g-квантів.

КОМПТОНІВСЬКЕ РОЗСІЮВАННЯ.

g -квант у процесі взаємодії з електроном може розсіюватися на деякий кут, передаючи електрону частину своєї енергії. Цей процес називається комптонівським розсіюванням g-променів. Із законів збереження енергії і імпульсу випливає, що при будь-якому куті розсіювання як електрон, так і розсіяний g-квант, повинні мати певні енергії. Якщо позначити через n₀ - частоту падаючого g-кванту, через n - частоту g' - кванту, що розсіюється на кут Q по відношенню до попереднього напрямку падіння, а через Т - кінетичну енергію електрону, що вилітає під кутом j, то на виході будемо мати g-фотон з частотою n й електрон з енергією Т. n і Т визначаються за формулами:

Комптонівське розсіювання досить вагоме при енергіях до 10 МэВ.

1.3. УТВОРЕННЯ ПАР е⁺ і е^-.

При великих енергіях g-квантів можливе утворення пари електрон-позитрон у полі ядра чи в полі атомного електрону. При цьому процесі g-квант зникає. Утворення пар при малих енергіях g-часток неможливе.

Повна енергія пари е⁺+е^-=hn. Таким чином, утворення пар можливе при hnі2mc² (2mc²=1,02 МэВ). Істотну роль процес утворення пар має при Е_gі 10 МеВ.

Із сказаного вище випливає, що повний коефіцієнт поглинання g-випромінювання в речовиною дорівнює:

m = m_фот + m_компт + m_пар (6)

де m_фот, m_компт, m_пар – коефіцієнти поглинання g-випромінювання при відповідному процесі.

Графіки залежності коефіцієнтів m_фот, m_компт і m_пар від енергії g-фотона для Pb і Al приведені на рис.1.

Рис. 1.

 

ВИКОНАННЯ ДОСЛІДУ

У досліді виміряється число g-часток N, зареєстрованих лічильником Гейгера-Мюллера.

2.1. Проведення досліду:

1. Вимірити товщини d пластин Al і Pb, що використовується в роботі як поглинач. Результати вимірів занесіть у таблицю;

2. Перевірити працездатність приладів що використовуються в лабораторній роботі, а також виміряти фон в лабораторії. Для цього включити прилад ВУП-2 і ПСО2‑4. На приладі ПСО2-4 нажати кнопки “300 с”, “однократно”, “пуск”. Знайти усереднений фон іонізуючого випромінювання в лабораторії за 100 с.;

3. Визначити інтенсивність N₀ g-випромінювання випромінювача ⁶⁰Со. Виміри провести за t =100 с;

4. Визначити інтенсивність N g-випромінювання, що пройшла через поглинач товщиною d₁, d₂, d₃ см. Вимір провести за t =100 с і занести в таблицю;

5. Дослід провести для пластинок Al і Pb.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ.

1. Що таке g-випромінювання?

2. Види взаємодії g-випромінювання з речовиною?

3. Чому відрізняється коефіцієнт поглинання Al відрізняється від коефіцієнта поглинання Pb?