Експериментальна установка
Експериментальна установка для спостереження ядер – уламків поділу складається з Pu-α-Be джерела нейтронів у водяному сповільнювачі, контейнера з урановою мішенню та колекторами уламків (блок опромінення), детектора бета–частинок (лічильник Гейгера–Моллера у свинцевому захисті) з перерахунковим пристроєм. На рис. 2 зображено побудову контейнера та розміщення його у водяному сповільнювачі під час опромінення.
Пластинка з ураном розташовується в крайньому відсіку контейнера так, щоб сторона з нанесеним шаром урану була повернута всередину контейнера до колектора. Колектор уламків може розміщуватись на різних відстанях від уранової мішені. Джерелом уламків поділу служить металева пластинка, на один бік якої нанесено тонкий шар урану, збагаченого до 90% ізотопом 235U.
Для опромінення нейтронами уранової мішені контейнер встановлюється на підставці в тонкостінній металічній посудині (рис. 2б), між контейнером і нейтронним джерелом знаходиться 5 – 6 сантиметровий шар води, який служить сповільнювачем нейтронів. Потреба у сповільненні нейтронів пов’язана з тим, що переріз реакції ділення зростає зі зменшенням енергії нейтронів і для теплових невронів досягає величини близько 580 барн (1 барн = 10-24 см2).
|
Рис. 2. Блок опромінення уранової мішені нейтронами. 1 - бак з водою; 2 - Pu-α-Be джерело нейтронів; 3 - металічна пластинка з тонким шаром урану; 4 – паперовий колектор уламків поділу; 5 - контейнер, в якому встановлюється уранова мішень і колектор уламків, 6 - тонкостінна металічна посудина. |
В один із відсіків контейнера встановлюють паперовий листочок (колектор уламків). Контейнер з урановим зразком і колектором опромінюється нейтронами з Pu-α-Be – джерела, укріпленого в бакові з водою (рис. 2а). Для цього контейнер (рис.2б), встановлюється на підставці в тонкостінній металічній посудині.
Хід роботи
1. Підготовка до вимірів
1. Ознайомитись з експериментальним обладнанням. Увімкнути джерело високої напруги детектора бета активності, увімкнути перерахунковий пристрій. Перевірити правильність увімкнення лічильника Гейгера–Мюллера. На рис. 3 зображено блок схему установки для підрахунку бета–активності колекторів.
2. Виміряти швидкість лічби фону. Порахувати число відліків Nф протягом певного часу t (наприклад, протягом 100 с). Знайти швидкість лічби kф = Nф/t. У разі потреби відрегулювати робочу напругу на лічильнику (з допомогою лаборанта). Для цього, знімаємо лічильну характеристику і визначаємо робочу напругу (плато) лічильника. Див. лабораторну роботу № 3.
Рис. 3. Блок-схема установки для підрахунку бета-активності паперових колекторів, які осіли уламки поділу ПП - попередній підсилювач. |
3. Підготувати паперові колектори уламків поділу ядра (приблизно 7 колекторів) розміри уточнити у лаборанта.
2. Експериментальне підтвердження явища поділу ядер урану під дією нейтронів
1. Встановити у контейнер уранову мішень та колектор на віддалі 0,5 см від поверхні урану. Помістити контейнер на місце опромінення нейтронами та витримати в потокові нейтронів протягом 10–15 хвилин. Потім перенести колектор в детектор для реєстрації бета–активності (для збільшення ефективності лічби доцільно обгортати лічильник паперовим колектором, використовуючи для фіксації спеціальний затискувач).
Порахувати число відліків NUn протягом певного часу t (час виміру вибираємо таким самим, як і при вимірі фону), знайти швидкість лічби kUn=NUn/t. Порівняти її з швидкістю лічби фону kф та переконатись, що на колекторі нагромадилась певна кількість бета–активних ядер.
2. Встановити у контейнер уранову мішень та новий колектор на віддалі 0,5 см від поверхні урану. Витримати колектор протягом того ж часу на віддалі 0,5 cм від поверхні уранової мішені за межами бака з нейтронним джерелом.
Порахувати число відліків NU та знайти швидкість лічби kU = NU/t. Переконатись, що в цьому випадку бета–активні ядра (уламки поділу урану) не нагромаджуються з помітною імовірністю на колекторі. Тобто, без опромінення тепловими нейтронам уран практично не ділиться.
3. Вибрати з контейнера уранову мішень. Встановити новий колектор. на місті попереднього. Помістити контейнер на місце опромінення нейтронами та витримати в потокові нейтронів протягом 10 –15 хвилин.
Порахувати число відліків Nn та знайти швидкість лічби kn = Nn/t. Переконатись, що у цьому випадку швидкість лічби kn kф, суттєво відрізняється від виміряної у першому випадку. Тобто, бета–активність колектора в першому випадку не може бути пояснена активацією ядер колектора нейтронами.
4. Визначити швидкість лічби від уламків поділу урану зібраних на колекторі під час опромінення уранової мішені нейтронами:
k= kUn – kф. (9)
Порахувати середньоквадратичну похибку виміру kU (див. лабораторну роботу № 1):
,
(10)
де tU, tф - час вимірювання відповідно β–активності колектора після опромінення уранової мішені та час вимірювання фону.
Наявність уламків поділу на паперовому колекторі можна вважати доказаною, якщо:
k > 3k. (11)
Отже, можемо зробити висновок: уран ( ізотоп урану ) ділиться під впливом теплових нейтронів.
Дані вимірів та результати розрахунків потрібно оформляти у вигляді таблиці 2.
Таблиця 2
Час виміру активності колекторів t=……..c.
|
Nф |
kф |
NUn |
kUn |
NU |
kU |
Nn |
kn |
Вимір фону |
|
|
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
Колектор з U зразком опромінений нейтронами |
/ |
/ |
|
|
/ |
/ |
/ |
/ |
Колектор з U зразком, без опромінення нейтронами |
/ |
/ |
/ |
/ |
|
|
/ |
/ |
Колектор без U зразка, опромінений. нейтронами |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
|
|
Швидкість лічби від уламків поділу урану k = ............імп/с.
Середньоквадратичну похибку виміру k= .............. імп/с.
Висновок:..................................................................