Втрати енергії на утворення ядер віддачі

В результаті взаємодії позитивно заряджених альфа-частинок з ядрами речовини поглинача можливе і пружне зіткнення. У цьому випадку змінюється швидкість частинки по напряму і по величині, а ядра поглинача зміщуються від положення рівноваги. Виникають так звані ядра віддачі. Якщо речовина поглинача є ідеальним кристалом, то після проходження α-частинки у ньому виникають точкові дефекти кристалічної градки. Для α-частинок, які рухаються у повітрі, втратами енергії на утворення атомів і ядер віддачі можна знехтувати у порівнянні з іонізаційними, оскільки ймовірність зіткнення α-частинки з ядрами вельми мала.

Радіаційні втрати

Як відомо, прискорений рух заряду супроводжується електромагнітним випромінюванням, так званим гальмівним випромінюванням. Втрати енергії частинки на формування електромагнітного випромінювання (радіаційні втрати енергії) для α - частинок в повітрі, як показують досвід і теоретичні розрахунки, досить малі у порівнянні з іонізаційними.

Таким чином, для альфа-частки, що рухається в повітрі, втрати енергії визначаються процесами збудження і іонізації атомів і молекул. Внаслідок того, що маса α - частинки перевершує масу електронів майже в 10000 разів, її траєкторію в повітрі можна вважати практично прямолінійною. Вона може відхилитися лише при взаємодії з ядрами речовини - поглинача (рідкісні події).

 

КРИВА ПОГЛИНАННЯ АЛЬФА-ЧАСТИНОК В РЕЧОВИНІ

Шлях, пройдений α - частинкою при уповільненні її до теплових швидкостей (100 м/с), прийнято називати повним пробігом. Проте навіть при рівних початкових швидкостях (енергіях) спостерігаються відмінності в повних пробігах окремих частинок. Це обумовлено як флуктуацією концентрації атомів речовини - поглинача на шляху частинки, так і флуктуацією енергетичних втрат в кожному окремому акті іонізації атомів. У зв'язку з цим для опису поглинання частинок у речовині вводять декілька інших параметрів, що мають розмірність довжини.

Середнім пробігом називають товщину шару речовини, в якому поглинається рівно половина всіх частинок. Його визначають за допомогою кривої поглинання частинок у речовині. Так називають графік залежності кількості моноенергетичних частинок, що фіксуються рахунковим пристроєм за деякий час t, як функцію товщини шару (рис. 2).

Визначення середнього пробігу як відстані, пройденої частинками до точки, в якій інтенсивність пучка зменшується в два рази, можливо лише для колімірованого пучка моноенергетичних частинок. У разі порушення цієї умови задані зменшення інтенсивності спостерігаються при менших значеннях х, що приводить до занижених значень .

 

Рис. 2. Крива поглинання альфа частинок в речовині:

х - відстань від джерела до лічильника; - середній пробіг;

- екстрапольований пробіг.

 

Тому для неколімірованого пучка визначають так званий екстрапольований пробіг (рис. 2). Його значення отримують проведенням дотичної в точці найкрутішого нахилу кривої залежності від х до перетину з віссю x. Практично при нульовому рівні фону за екстрапольований пробіг можна прийняти таку відстань від джерела, при якому число зареєстрованих частинок рівне нулю.

 

Рис. 3. Залежність екстрапольованого пробігу α‑частинок в повітрі від її енергії.

Емпірична залежність екстрапольованого пробігу α- частинок від її енергії в повітрі представлена на рис.3. Для визначення її енергії достатньо знайти екстрапольований пробіг R ₁ по кривій поглинання, приведеній на рис. 2, і за допомогою графіка (рис. 3) по знайденому значенню R ₁ знайти величину енергії Е. Потім за допомогою формули (1) можна оцінити час життя даного ізотопу, використовуваного в даній роботі.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА

Визначення енергії α-частинок радіоактивного ізотопу плутонію і оцінка часу життя і періоду напіврозпаду його ядер.

Опис установки

На рис. 4 зображена конструкція вимірювального осередку, що є масивним свинцевим контейнером 1, усередині якого (зверху) на рухомому штоку закріплена "пігулка" з нанесеною на її поверхні невеликою кількістю радіоактивного елементу - 2. Переміщення штока здійснюється за допомогою гвинта 3. Положення α-радіоактівного препарату щодо сцинтиляційного лічильника 4 наголошується за допомогою міліметрової лінійки 5.

Рис.4. Конструкція вимірювального осередку:

1 - свинцевий контейнер; 2 - рухомий шток з джерелом α- частинок;

3 - гвинт переміщення штока;

4 - сцинтиляційний лічильник;

Лінійка