Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторна робота №3

Визначення максимальної енергії Бета-частинок у спектрі

Мета роботи: визначення максимальної енергії бета-частинок в спектрі.

1. Короткі теоретичні відомості

Бета-розпад -- це самовільний процес, в якому нестабільне ядро перетворюється на ядро-ізобар або . Кінцевим результатом цього процесу є перетворення в ядрі нейтрону в протон або протону в нейтрон. Можна сказати, що ? - розпад є не внутрішньоядерним, а внутрішньонуклонним процесом. При ньому відбуваються більш глибокі зміни речовини, ніж при - розпаді.

Розрізнять три види ? - розпаду:

а) електронний ?- - розпад, в якому ядро випускає електрон, а тому зарядове число Z збільшується на одиницю:

;

б) позитронний ?⁺ - розпад, в якому ядро випускає позитрон та з цієї причини його зарядове число Z зменшується на одиницю:

;

в) електронне захоплення (е - захоплення), в якому ядро поглинає один з електронів електронної оболонки, а тому зарядове число зменшується на одиницю:

.

Звичайно електрон поглинається з К-шару атому, оскільки цей шар знаходиться ближче за все до ядра. В цьому випадку е - захоплення називають К-захопленням. Електрони можуть поглинатися також з L- або M-шару і т.д., але ці процеси значно менш імовірні.

Радіоактивні атоми одного і того ж сорту випромінюють електрони різноманітних енергій, починаючи від нуля до деякого граничного значення, яке називається верхньою границею ?-спектру. Повна енергія ?-розпаду повинна дорівнювати верхній границі спектру плюс енергія, яка еквівалентна сумі мас спокою електрону та нейтрино, які народжуються в процесі розпаду. Тобто енергія розподіляється між електроном та нейтрино. В тому випадку, коли електрон випускається з енергією E_max, яка відповідає верхній границі ?-спектру, на долю нейтрино припадає нульова кінетична енергія. Чим менше енергія електрона, тим більше кінетична енергія нейтрино. Сума цих енергій при кожному індивідуальному акті ?-розпаду дорівнює E_max.

На сьогоднішній день відомо більше 700 штучних бета-ізотопів. Важко назвати елемент, який не має хоча би одного бета-активного ізотопу. Всі ці нестабільні ядра мають загальну особливість. Вони випромінюють електрони (або позитрони) не з певною для даного ядра енергією, але у вигляді неперервного енергетичного спектру, який простягається від нуля до деякої верхньої границі, яка звичайно лежить в області від 1 до 2 МеВ. Напевно, бета-активний ізотоп з найбільш низькою границею ?-спектру є ( ? 0.011 МеВ), а з найвищою -- ( ? 12 МеВ).

У випадку простого ?-спектру максимальну енергію зручно визначати по товщині шару половинного поглинання ?-частинок в речовині. Для цього треба виміряти швидкість рахунку частинок, які випромінюються бета-активним джерелом, в залежності від товщини поглинача. Як поглинач для ?-частинок зазвичай використовують алюмінієву фольгу.

В даній роботі всі поправки вводяться як співмножники до отриманої кількості рахунку.

Поправку на поглинання бета-частинок на шляху джерело -- лічильник обчислюють за формулою:

,

де ? -- товщина шару половинного поглинання (мг/см²), в даній роботі ? = 78 мг/см². Товщина шару половинного поглинання залежить від максимальної енергії E_max бета-спектру. Її можна обчислити з наступних емпіричних співвідношень:

при 0,15 МеВ < E_max < 0,7 МеВ ? (мг/см²) = 55 ? (E_max)^1,66 , (1а)

при 0,7 МеВ < E_max < 2,5 МеВ? (мг/см²) = 53 ? (E_max)^1,47. (1б)

Тут ?d -- масова товщина речовини на шляху від препарату до робочого об'єму лічильнику:

?d = (?d)_пов + (?d)_в + (?d)_погл ,

де (?d)_пов -- масова товщина шару повітря між джерелом та лічильником, а (?d)_в -- масова товщина вікна лічильника, (?d)_погл -- масова товщина поглиначу (в даній роботі поглиначем є алюміній). Сумування масових товщин за формулою (5) допустимо лише для легких та середніх елементів.

бета розпад гейгер спектр частинка

2. Опис вимірювальної установки

Установка складається з джерела бета-частинок, торцевого лічильника Гейгера-Мюллера для ?-частинок.

3. Порядок виконання роботи

Виміряти залежність кількості бета-частинок, які реєструються лічильником за певний інтервал часу. Таймер поставити в положення 30 або 100 секунд і на протязі усієї роботи більше не змінювати. Якщо вибрати час менший, то потрібно буде зробити дуже багато вимірів. А якщо взяти для вимірів більший час, то при вже досягнутій точності вимірів буде витрачатись зайвий час. Найзручніший час кожного вимірювання 30 с.

Торцевий лічильник Гейгера-Мюллера має дуже малу ефективність рахунку космічного фону, а ефективність рахунку бета-частинок наближається до 100 %. Тому величина фону є досить малою порівняно з величиною імпульсів, що отримують при реєстрації бета-частинок. В цьому необхідно переконатися експериментально в роботі. Впевнившись, що величиною фону при вимірах можна знехтувати, надалі виміри слід проводити тільки для бета-частинок.

Провести вимірювання кількості ?-частинок для різної товщини поглинача (алюмінієвої фольги). Почавши з нульової товщини, поступово збільшувати товщину фольги збільшенням кількості її шарів.

Ввести отриману для різної товщини поглинача кількість частинок до комп'ютерної програми та одержати напівлогарифмічний графік залежності швидкості рахунку ?-частинок від масової товщини поглинача ln I(?d). Кутовий коефіцієнт, який визначається МНК, дозволяє наступним чином визначити товщину шару половинного поглинання:

де А -- кутовий коефіцієнт, який отримано за допомогою МНК.

За допомогою таблиці 4 визначити максимальну енергію ?-частинок E_?max.

За формулами (1а) або (1б) (в залежності від максимальної енергії бета-частинок) перевірити отримане значення E_?max.

Таблиця 4. Залежності шару поглинання бета-частинок від максимальної енергії бета-спектру ( при 0,15 МеВ < E_max < 0,7 МеВ? (мг/см²) = 55 ? (E_max)^1,66, при 0,7 МеВ < E_max < 2,5 МеВ? (мг/см²) = 53 ? (E_max)^1,47 )

Размещено на Allbest.ru