Будова експериментальної установки. 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Будова експериментальної установки.



Експериментальна установка схематично представлена на рис.2.

Рис. 2.

 

- S - джерело випромінювання g-частинок;

- К - коліматор;

- П – пластинки, що вбирають випромінювання (поглиначі);

- сч – лічильник Гейгера-Мюлера;

- ПП – лічильний пристрій (ПСО2-4);

- БП - блок живлення.

Вузли установки повинні розміщюватися у певній відповідності. Щоб отримати більш менш правдоподібні результати при вимірах, необхідно розміщувати випромінювач так, щоб пучок g-квантів менше розсіювався і його промені були паралельно направлені у виділені в свинцевих коліматорах віконця. Випромінювачем g-квантів використовують b-радіоактивний кобальт .

Період його напіврозпаду Т=5,3 роки.

Схема розпаду відображена на рис.3.

Рис. 3.

Так як g-кванти, що випромінюються ядром , супроводжують його b-розпад, то радіоактивність g-випромінювача триватиме час, що збігається з періодом напіврозпаду .

Оскільки b-спектр випромінювання 60Со більш “м'який” (Е=0,32 МэВ), то усі випромінювані ним b-частинки будуть поглинатися стінками ампули з Al, в якій знаходиться сам випромінювач. Для g-випромінювання стінки ампули практично прозорі.

У роботі розглядається можливість проведення досвіду на двох різних вимірювальних установках.

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.

Розрахунок коефіцієнта поглинання.

Залежність числа g-фотонів (N), що пройшли через товщину d, визначається:

(7)

де I0=N0i, I(d)=N(d)

Якщо визначити значення N(d) для двох товщин, то можна отримати співвідношення:

звідки

(8)

з урахуванням фону NФ Формула (8) буде мати вигляд:

(9)

За допомогою формули (9) визначаємо коефіціент поглинання для Al і Pb. Для визначення m треба використовувати графік, зображений на рис. 5. Визначені результати порівняти з даними графіків на рис. 4.

Рис. 4. Рис. 5.

2.3. Розрахунки і висновки:

1. Визначити значення коефіцієнтів поглинання для Al () і Pb () за формулою (9)

2. Побудувати графіки N(d) для Al і Pb.

3. Порівняти отримані значення mPb mAl з даними, які можна одержати з графіка (мал. 4).

4. Проаналізувати процеси, що призводять до поглинання g-випромінювання в Pb і Al.

 

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?

4. Яке джерело g-випромінювання використовується â роботі? Які характеристики g-випромінювання: Е, n, l?

 

ЛІТЕРАТУРА.

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

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

 


РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

Таблиці вимірів

1. Характеристики фона.

Nф t(с) за 100 с
1.      
2.      

2. Характеристики джерела g-випромінювання.

NV t n l
1.            
2.            
3.            

3. Інтенсивність g-випромінювання, що пройшло через речовину, коефіцієнти поглинання.

Al   N t
d1 1.              
  2.              
  3.              
d2 1.              
  2.              
  3.              
d3 1.              
  2.              
  3.              
Pb   Nа t
d1 1.              
  2.              
  3.              
d2 1.              
  2.              
  3.              
d3 1.              
  2.              
  3.              

Висновки: __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


Лабораторна робота № 5

 

ДОСЛІДЖЕННЯ РАДІОАКТИВНОСТІ ПРИРОДНИХ СОЛЕЙ.

 

МЕТА РОБОТИ: визначити, які з запропонованих солей є радіоактивними.

ЗАВДАННЯ: 1) ознайомитись з установкою для вимірювання

радіоактивності солей;

2) провести вимірювання радіоактивного фону;

3) визначити середнє значення кількості імпульсів, що

фіксується установкою, для запропонованих солей;

4) зробити висновки щодо радіоактивності солей.

МАТЕРІАЛИ ТА ОБЛАДНАННЯ: радіометр-дозиметр МКС-01Р;

солі – сульфат міді, хлорид натрію, хлорид калію, хлорид кальцію.

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ.

Радіоактивність – властивість деяких ядер самовільно перетворюватись в інші ядра з випромінюванням частинок.

Радіація, або іонізуюче випромінювання – це частинки і гамма-кванти, енергія яких достатньо велика, щоб при дії на речовину створювати іони різних знаків. Радіацію не можна викликати за допомогою хімічних реакцій.

Радіоактивність буває природна та штучна.

В результаті ядерний реакцій можуть утворюватись радіоактивні ядра. Ці ядра мають штучну радіоактивність.

Природну радіоактивність мають радіоактивні нукліди, які зустрічаються в природі. Їх близько 300.

Природна радіоактивність існує мільярди років, вона присутня практично повсюди. Іонізуюче випромінювання існувало на Землі задовго до зародження на ній життя і було присутнє в космосі до виникнення самої Землі. Радіоактивні матеріали увійшли до складу Землі з самого її утворення. Будь-яка людина трохи радіоактивна: у тканинах людського тіла одним з головних джерел природної радіації є калій-40 і рубідій-87, причому не існує способу позбавитися від них. Калій є одним із 10 найбільш поширених елементів у земній корі і входити до складу багатьох мінералів і органічних речовин. Калій, який існує у природі, має три ізотопи: калій-39 (93,2581%), калій-41 (6,7302%) і радіоактивний ізотоп калій-40, кількість якого дорівнює лише 0,0117%. Період його піврозпаду 1,27·109 років. Він розпадається з імовірністю 89,3% через b -розпад і ймовірністю 10,7% через k -захват з емісією ?- випромінювання. Хоча питома активність калій-40 дуже низька через великий період його піврозпаду, але завдяки великому розповсюдженню, калій є відповідальним майже за 12% природної радіації, під дію якої ми підпадаємо. Людське тіло містить в середньому близько 15 г калію, що утворює в середньому радіоактивність від 3 до 5 кБк.

Сучасна людина до 80% часу проводить у приміщеннях – вдома або на роботі, де і одержує основну дозу радіації: хоча будівлі захищають від випромінювань ззовні, в будматеріалах, з яких вони побудовані, міститься природна радіоактивність. Істотний внесок в опромінювання людини вносить радон і продукти його розпаду.

Радіоактивний фон – це радіоактивність в певній місцевості. Вона обумовлена як природною радіоактивністю (корисні копалини, космічне випромінювання), так і діяльністю людини (техногенна радіоактивність).

На Землі існують населені області з підвищеним радіоактивним фоном. Це, наприклад, високогірні міста Богота, Лхаса, Кіто, де рівень космічного випромінювання приблизно в 5 разів вищий, ніж на рівні моря. Це також піщані зони з великою концентрацією мінералів, які містять фосфати з домішкою урану і торія - в Індії (штат Керала) і Бразилії (штат Еспіріту-Санту). Можна згадати ділянку виходу вод з високою концентрацією радію в Ірані (м. Ромсер). Хоча в деяких з цих районів потужність поглиненої дози в 1000 разів перевищує середню по поверхні Землі, обстеження населення не виявило порушень у рівні захворюваності і смертності.

Крім того, навіть для конкретної місцевості не існує "нормального фону" як постійної характеристики, його не можна одержати як результат невеликого числа вимірювань. У будь-якому місці, навіть для неосвоєних територій, радіаційний фон змінюється від точки до точки, а також в кожному конкретному місці з часом. Ці коливання фону можуть бути доволі значними.

Техногенна радіоактивність виникає внаслідок людської діяльності.

Господарська діяльність, у процесі якої відбувається перерозподіл і концентрація природних радіонуклідів, приводить до помітних змін природного радіаційного фону. Сюди відноситься видобування і спалювання кам'яного вугілля, нафти, газу, інших горючих речовин, використання фосфатних добрив, видобування і переробка руди.

Так, наприклад, дослідження нафтопромислів на території країни показують значне перевищення допустимих норм радіоактивності, підвищення рівня радіації в районі свердловин, викликане відкладенням на обладнанні та ґрунті солей радію-226, торія-232 і калія-40.

Такий вид транспорту, як цивільна авіація, піддає своїх пасажирів підвищеній дії космічного випромінювання. І, звичайно, свій внесок дають випробування ядерної зброї, підприємства атомної енергетики та промисловості.

Безумовно, можливе і випадкове (неконтрольоване) розповсюдження радіоактивних джерел: аварії, втрати, розкрадання, розпилення і т.п. Такі ситуації, на щастя, дуже рідкісні. Крім того, їх небезпеку не слід перебільшувати. Для порівняння, внесок Чорнобиля в сумарну колективну дозу радіації, яку одержить населення, що проживає на забруднених територіях, в майбутні 50 років складе всього 2%, тоді як 60% дози визначатимуться природною радіоактивністю

Вимірювання радіаційного фону в місті Суми дозволяють вказати типові значення фону на відкритій місцевості – 10-16 мкР/год.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ.

1. Визначити фонове значення кількості імпульсів за 100 секунд. Отримані значення занести до таблиці та знайти середнє.

t, с N ф N ф за 100 с за 100 с
1.        
2.      
3.      

 

2. Підрахувати кількість імпульсів за час t = 100 с; 200 с; 300 с для кожного зразку солей. Заповнити таблицю:

 

Зразки солі t, с N N за 100 с за 100 с - за 100 с
           
     
     
           
     
     
           
     
     
           
     
     

 

3. Проаналізувати отримані результати і зробити висновок про те, які з досліджуваних солей є радіоактивними.

4. Визначити активність певної маси радіоактивної солі за вказівкою викладача.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ:

1. Радіоактивність. Природна та штучна радіоактивність.

2. Радіоактивний фон. Чинники, які впливають на радіоактивний фон.

3. Типові значення радіоактивного фону в нашій місцевості.

4. Пояснити, яким елементом обумовлена радіоактивність досліджуваної солі.

5. Активність препарату. Одиниці вимірювання активності.


Лабораторна робота № 6.

ВИЗНАЧЕННЯ ГРАНИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ β -СПЕКТРУ РАДІОАКТИВНОГО ІЗОТОПУ МЕТОДОМ ПОГЛИНАННЯ

МЕТА РОБОТИ: визначення енергії β -спектру радіоактивних ядер методом поглинання β -випромінювання.

ЗАВДАННЯ: 1) ознайомитися з роботою радіометра-дозиметра МКС-01Р;

2) провести дослідження залежності кількості імпульсів, зареєстрованих приладом, від товщини шару Al;

3) визначити максимальну енергію β -частинок при
β -випромінюванні.

ПРИЛАДИ І МАТЕРІАЛИ: радіометр-дозиметр МКС-01Р; мікрометр;

набір пластинок Al різної товщини.

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

На відміну від α - і γ -випромінювання, енергетичні спектри яких дискретні, спектр β -випромінювання є суцільним. Типовий розподіл енергії для спектра β -частинок, представлено на рис.1, де N (E) – число електронів з енергією Е і. Спектри всіх β -випромінювачів подібні до спектру, зображеного на рис.1, відрізняються вони лише максимальним значенням енергії, верхньою межею, яка для різних ізотопів знаходиться в межах від 18 кеВ (для ) до 16,6 МеВ (для ).

Особливістю β -розпаду є утворення нейтрино поряд з електроном (позитроном), яке забирає частину енергії, що виділяється під час розпаду ядра. У багатьох випадках дочірнє ядро утворюється в збудженому стані і його перехід до нормального стану завершується випромінюванням γ -фотона. Спектри
β -частинок, як і α -частинок, дають можливість визначити енергетичні рівні ядер. У випадку β -випромінювання внаслідок утворення двох частинок необхідно користуватися значенням максимальної енергії β -частинок. Граничну енергію β -розпаду Е max, яка рівна енергії переходу ядра, можна визначити методом поглинання β -потоку.

Метод поглинання базується на аналізі кривої поглинання частинок у речовині. Якщо через пластинку металу товщиною d пропустити потік частинок, то внаслідок розсіяння електронів і вибування їх з потоку, інтенсивність потоку зменшується. У першому наближенні залежність інтенсивності потоку β -частинок від товщини d поглинача є експоненціальною:

І х = І 0 е (- μρ d ), (1)

де І 0 – інтенсивність падаючого потоку;

І х – інтенсивність потоку після проходження шару поглинача товщиною d;

μ – масовий коефіцієнт поглинання; ρ – густина речовини.

Величину ρd (кг/м2) називають масовою товщиною поглинаючого шару. При деякій товщині d max спостерігається повне поглинання β -частинок потоку. Значення d max ρ = R вважається ефективним пробігом частинок. Ця величина практично не залежить від роду поглинача і зручна для визначення граничної енергії Е max β -спектру.

Зв’язок між величинами R i E max заданий формулами:

R = 0,54 E max – 0,13 для 0,8 < E < 3 МеВ; (2)

R = 0,41 E max – 1,4 для 0,15 < E < 0,8 МеВ. (3)

У виразах (2) і (3) R вимірюється в г/см2, а Е – в МеВ.

Для експериментального визначення R між джерелом випромінювання і лічильною установкою розміщують алюмінієві пластинки різної товщини і при досягненні d = d max інтенсивність β -потоку стає рівною нулю і лічильник фіксує лише фон.

Побудувавши криву залежності = f (d), яка має вигляд представлений на рис.3, можна визначити R. Визначення R ускладнюється ще тим, що крива залежності (d) поблизу граничного значення товщини фільтра асимптотично наближується до вісі d, тобто не має чіткої межі. Тому є сенс побудувати графік у напівлогарифмічному масштабі: ln = f (d).

За графіком функції ln (d) визначаємо d max, як показано на рис.4.

Енергію E max можна визначити, якщо відома товщина шару поглинача, при якій інтенсивність потоку β -частинок зменшується в 2 n разів (n = 1; 2;... n). Гранична енергія визначається за допомогою номограми (рис.5). По вісі абсцис відкладають товщину шару алюмінію, яка зменшує інтенсивність потоку в 21; 22; 23;...; 2 n разів.

На номограмі числа біля кривих відповідають значенням n, а вздовж вісі ординат – граничній енергії E max. Для визначення E max цим методом необхідно знайти за допомогою кривої поглинання (рис.3) величини товщини шарів, при яких інтенсивність спадає в 2, 4, 8,... n разів і за графіком на рис.5 знайти значення E max.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ.

1. Ознайомитися з роботою радіометра-дозиметра МКС-01Р.

2. Визначити радіоактивний фон в лабораторії. Дані занести до таблиці:

N ф t (с)
1.        
2.      
3.      

 

3. Виміряти інтенсивність b -випромінювання при проходженні через пластинки Al різної товщини (товщини пластинок виміряти за допомогою мікрометра). Отримані дані занести до таблиці.

d N t n
1. d 0 = 0 мм        
2.      
3.      
1. d 1 =        
2.      
3.      
1. d 2 =        
2.      
3.      
1. d 3 =        
2.      
3.      

 

4. Побудувати графіки = f (d) та ln = f (d). За графіками визначити d max:

1) d max = ______________; 2) d max = ______________

 

5. Використовуючи формулу (2) або (3) методичних рекомендацій, обчислити Е max: Е max = _________________

6. За графіком = f (d) знайти d 1/2 та d 1/4; за допомогою номограми, приведеної в методичних рекомендаціях, визначити Е max. Отримані результати занести до таблиці:

 

Елемент Е max табличне значення d max d max Е max визн. за формулою (2) або (3) d 1/2 d 1/4 Е max визн. за номограмою
               

 

7. Зробити висновки відносно отриманих результатів.

 

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ.

2. Чому спектр енергій β -частинок має неперервний характер?

3. Запишіть можливий перехід ядра в ядро за рахунок β -розпаду. Які β -переходи спостерігаються в радіоактивних ядрах?

4. Що таке ефективний пробіг β -частинок і який його зв’язок з E max?

5. Записати схему β -розпаду нукліда, який використовувався в роботі.

6. Якими методами визначалася E max?

 


Лабораторна робота № 7

ДОСЛІДЖЕННЯ α‑РОЗПАДУ РАДІОАКТИВНОГО

ІЗОТОПУ ПЛУТОНІЮ

 



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2016-06-26; просмотров: 320; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 54.224.124.217 (0.084 с.)