Лабораторная работа № 6.4 изучение закона ослабления гамма-лучей Цель работы

Проверить закон ослабления интенсивности гамма лучей при прохождении через поглощающее вещество и определить линейный коэффициент поглощения гамма лучей.

Краткая теория

Гамма-излучением называется электромагнитное излучение на частотах, превышающих Гц, испускаемое атомными ядрами при их переходе из возбужденного в основное или менее возбужденное состояние, а также при ядерных реакциях. Энергия гамма квантов равна разности энергий конечного и начального состояний ядра. В каждом акте перехода ядро излучает гамма-квант. В связи с дискретностью энергетических уровней ядра гамма-излучение имеет линейчатый спектр, частоты гамма квантов связаны с разностью энергий состояний ядра условием частот Бора, как и для излучения фотонов, атомами:

(1)

При прохождении через вещество гамма-квант может взаимодействовать как с электронной оболочкой атомов или молекул вещества, так и с их ядрами. Это взаимодействие осуществляется несколькими способами.

1. При поглощении гамма кванта электронной оболочкой атома происходит фотоэффект, при котором вырывается электрон из внутренних слоев электронной оболочки. Электрон покидает атом, происходит ионизация атома. Расчеты показывают, что фотоэлектрическое поглощение гамма-лучей существенно при энергиях гамма-квантов МэВ.

2. По мере увеличения энергии гамма-кванта по сравнению с энергией связи электрона в атоме, молекуле или кристаллической решетке вещества, его взаимодействие с электронами оболочек все более приближается по своему характеру к взаимодействию со свободными электронами, т.е. приближается к комптоновскому рассеянию гамма-квантов на электронах. Часть из этих рассеянных гамма-лучей выходит из вещества.

3. Гамма-кванты с энергией, превышающей удвоенную энергию покоя электронов, могут образовывать электрон-позитронную пару в силовом поле ядра, особенно в тяжелых веществах.

4. Гамма-лучи, обладающие энергией порядка нескольких МэВ, могут взаимодействовать с ядрами атомов. Это взаимодействие называется ядерным фотоэффектом и имеет характер фотоядерной реакции.

Все эти процессы приводят к рассеянию и поглощению гамма-излучения в веществе и уменьшению его интенсивности. Ослабление интенсивности гамма-лучей в веществе для узкого пучка происходит по закону:

, (2)

где

- интенсивность гамма-лучей до входа в вещество ,

- их интенсивность после прохождения поглощающего слоя толщиной ,

- линейный коэффициент поглощения, равный величине обратной длины, на которой излучение ослабляется в раз. Ослабление гамма-лучей зависит от плотности поглощающего вещества, поэтому наряду с линейным коэффициентом , вводят массовый коэффициент поглощения:

(3)

Для графического представления закона ослабления прологарифмируем выражение (2):

(4)

Логарифм интенсивности пучка гамма-излучений на выходе из поглощающего слоя линейно зависит от толщины поглощающего слоя. Зависимость (4) легко может быть проверена экспериментально построением соответствующего графика, рисунок 4.1

Построив график (4.1), возьмем на нем две любые точки 1 и 2. В точке 1 имеем и , а в точке 2 соответственно и . Подставив эти данные в (4), получим два уравнения:

(5)

Решим эти уравнения относительно :

(6)

Формула (6) позволяет вычислить коэффициент ослабления гамма-лучей для исследуемого вещества.