4. Экспериментальная часть

Определение энергии -частиц радиоактивного изотопа плутония и оценка времени жизни и периода полураспада его ядер.

4.1. Описание установки

На рис.4 изображена конструкция измерительной ячейки, представляющей собой массивный свинцовый контейнер 1, внутри которого (сверху) на подвижном штоке закреплена "таблетка" с нанесенным на ее поверхности небольшим количеством радиоактивного элемента-2. Перемещение штока осуществляется с помощью винта 3.

Положение -радиоактивного препарата относительно сцинтилляционного счетчика 4 отмечается с помощью миллиметровой линейки 5.

4.2. Принцип действия сцинтилляционного счетчика

Счетчик частиц является важнейшим элементом установки.

Рис.4. Конструкция измерительной ячейки:

1 - свинцовый контейнер; 2 - подвижный шток с источником - частиц;

3 - винт перемещения штока; 4 - сцинтилляционный счетчик; 5 - линейка

При попадании - частицы от радиоактивного источника И на сцинтиллятор С в нем образуется световая вспышка. В результате фотоэффекта из фотокатода ФК вырывается один или несколько фотоэлектронов, которые под действием ускоряющего электрического поля приобретают дополнительную энергию и попадают на первый электрод (первый динод Д₁). При соударении электронов с поверхностью динодов из них выбиваются вторичные электроны. Напряжение на фотоумножитель (U=1500B) подается таким образом, что от динода к диоду потенциал постепенно повышается (через 100-150 В). Форма и расположение динодов выбирается так, чтобы электрическое поле не только ускоряло, но и фокусировало электроны на следующий динод. Количество электронов нарастает от динода к диноду, и на выходе фотоумножителя - аноде - появляется мощный электрический импульс, который регистрируется пересчетным прибором. Фотоумножитель является малоинерционным прибором, поэтому число световых вспышек строго пропорционально числу импульсов, регистрируемых прибором.

4.2. Порядок выполнения работы

В лаборатории физического практикума кафедры физики УГТУ-УПИ в качестве -радиоактивного источника в лабораторной работе №40 используется изотоп плутония-238, период полураспада которого составляет 87,75 лет, а также применяются вышеописанные приборы и методика расчета искомых величин.

В компьютерном варианте данной работы достаточно точно моделируются условия проведения опытов, датчик числа импульсов с некоторым разбросом генерирует значения N, пропорциональные времени экспозиции, при изменении расстояния x число импульсов N монотонно убывает, воспроизводя кривую поглощения, близкую к теоретической.

При этом от тщательности проведения опытов зависит достоверность экспериментальной кривой и, как следствие, правильность полученных результатов. Экспериментатору предоставляется возможность самому выбирать последовательность выполнения измерений, индивидуально удобное время экспозиции, повторять опыты любое количество раз,

1. Навести курсор на «Измерения», нажать левую клавишу мышки. При этом на дисплее компьютера появится схема измерительной ячейки, а также секундомер, табло счетчика числа импульсов, регулятор расстояния x от источника до счетчика, шкала с 20 делениями (каждый шаг шкалы соответствует 2 мм), а также указатель расстояния x.

2. Установить - препарат вплотную к сцинтиллятору (x = 0) и сделать несколько пробных измерений числа импульсов за время t = 3, 4, 5 или более секунд. При этом надо нажимать «Стоп» сразу же при появлении соответствующего числа секунд. Выбрать время индексации, которое удобно именно для Вас, и все последующие измерения проводить для данного времени счета.

3. Измерить 5 раз число импульсов за выбранное время. Найти среднее значение , все результаты измерений и расчетов заносить в таблицу (см. форму отчета).

4. Перемещая курсором препарат каждый раз на 2 мм «Вверх» произвести измерения в аналогичной последовательности до тех пор, пока среднее число импульсов не уменьшится до некоторого постоянного уровня (фона). Рассчитать средние значения уровня фона для ваших условий опытов. Для каждого x подсчитать разность и занести в таблицу. Полученную величину числа импульсов необходимо скорректировать на единичный телесный угол по формуле , где - поправка, учитывающая уменьшение телесного угла при возрастании расстояния между источником -частиц и счетчиком (для используемой установки параметр рассчитан и приведен в таблице отчета). Рассчитанные значения занести в таблицу и построить на миллиметровой бумаге график кривой поглощения

5. Определить из построенного графика величину экстраполированного пробега -частиц в воздухе. Поскольку используемый в данной работе радиоактивный препарат плутония покрыт защитной пленкой из двуокиси титана , то, прежде чем попасть в воздух, частица проходит слой пленки. В связи с этим, при расчете энергии -частицы с помощью графика (рис.3), используется величина , называемая приведенным экстраполированным пробегом и равная

где - воздухоэквивалентная толщина защитной пленки;

l₀ - толщина пленки (1,7 микрометра),

- коэффициент, характеризующий тормозную способность по сравнению с тормозной способностью воздуха.

6. По графику (см. рис.3) определить энергию -частиц E_эксп

.в Мегаэлектронвольтах.

7. Используя значение периода полураспада изотопа плутония  T=87,75 лет, определить по закону Гейгера - Нэттола (1) теоретическое значение энергии -частицы Е_теор.

8. Оценить относительную погрешность определения энергии

.

В случае значительного расхождения теоретического и экспериментального значений энергий повторить измерения, увеличив время экспозиции.

9. Сделать выводы по работе.