4.4. Поглощение радиоактивного излучения в газах и твердых телах

4.4.1 Свободный пробег a-частиц в воздухе.

Цель работы: 1. Изучить явление радиоактивности и метод определения длины свободного пробега -частиц в воздухе.

Приборы и принадлежности: Счетчик импульсов, торцовый счетчик. Препарат (источник -частиц), секундомер.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА.

ТЕОРИЯ МЕТОДА И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

Для определения пробега -частиц препарат с радиоактивным источником (Pu²³⁹) помещается около входного окна счетчика. Он закрепляется на подвижном устройстве, способном перемещаться вдоль оси счетчика (ось Х) и имеющим шкалу для определения расстояния между счетчиком и препаратом. Препарат перемещается вращением ручки подвижного устройства.

Импульсы, возникающие в счетчике, обусловлены космическим излучением и -частицами радиоактивного препарата. При увеличении расстояния между препаратом и счетчиком скорость счета уменьшается, т.к. все меньшее число -частиц попадает в счетчик. Когда расстояние между ним и препаратом станет превышать длину пробега -частиц в воздухе, скорость счета установки будет ни чем иным, как скорость счета космического фона. Поэтому, построив график зависимости скорости счета от расстояния между счетчиком и препаратом, можно определить длину свободного пробега -частиц в воздухе по появлению плато в этой зависимости.

Значение x=l₀, при котором N=N_ф характеризует длину свободного пробега -частиц в воздухе. Истинный пробег -частиц l несколько больше l₀, т.к. часть энергии -частиц тратится на прохождение слюдяной пластины, прикрывающей счетчик. Зная толщину окна счетчика l_x и его объемную плотность ^н, можно оценить добавку l, на которую отличается истинный пробег l от экспериментально измеренного l₀. Для этого воспользуемся очевидным соотношением: , где   плотность воздуха. Тогда

, (1)

l^н^н = 310^-2 кг/м²,  = 1,29 кг/м³.

ЗАДАНИЯ

Ознакомиться с предложенной для измерений экспериментальной установкой, с правилами использования всех приборов; изобразить схематически данную установку.

Измерить скорость счета фона. При этом перенести препарат от окошка счетчика с закрытой крышкой на максимальное расстояние.

Снять крышку с окошка счетчика. Передвигая препарат к счетчику с шагом 0,5 см, проводить измерения скорости счета .

Построить график зависимости N(x). По графику определить l₀ и по формуле (1) рассчитать l.

Выполнить основное задание данного исследования

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Что называется -распадом? Какова его природа ? Что такое -частица?

Каков механизм взаимодействия -частиц с воздухом? Куда исчезает -частица, преодолев свою длину свободного пробега?

Какой радиоактивный изотоп присутствует в данном препарате? Какова схема его распада?

Объясните назначение элементов и принцип работы установки. Как найти энергию -частиц по измеренному l₀ ?

4.4.2. Исследование явления поглощения b-частиц в металлах

Цель работы: Изучить явления радиоактивности и явления поглощения b- частиц веществом, измерить коэффициент линейного поглощения b-частиц в алюминии.

Приборы и принадлежности: Источник b-излучения, микрометр, набор пластин алюминия, прибор «Сосна».

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА.

ТЕОРИЯ МЕТОДА И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

Для измерения линейного коэффициента поглощения веществом -излучения используется установка, схематично изображенная на рис.1.

Источником -излучения является элемент . Излучение регистрируется счетчиком Гейгера-Мюллера (прибор «Сосна»). Дозиметр–радиометр Анри–01-02 «Сосна» предназначен для измерения числа электрических импульсов, поступающих в него. Поглощающее вещество, в виде плоских пластин, устанавливается между препаратом и счетчиком. Толщину его слоя d можно изменять, изменяя количество пластин. Закон поглощения для нашей установки запишем с учетом того, что -излучение поглощается не только в исследуемом веществе, но и в объеме воздуха между препаратом и счетчиком:

Рис.1

, (1)

где - линейный коэффициент поглощения воздуха, - толщина воздушной прослойки. Логарифмируя (1) получим:

или . (2)

Н а практике обычно строят график зависимости величины от d.Очевидно, что  - численно равно тангенсу угла наклона этого графика к оси d (рис.8), а по оси график отсекает отрезок, численно равный .

Итак, задача в определении  заключается в счете числа частиц, прошедших только слой воздуха и исследуемое вещество определенной толщины. Используя формулу (2) для различных d, рассчитывают несколько раз . полученные результаты усредняют. Проводя эксперимент учтем, что счетчик Гейгера-Мюллера регистрирует не только -частицы, испущенные препаратом, но и излучение фона: космическое излучение, излучение воздуха и окружающих нас предметов.

ЗАДАНИЯ

Ознакомиться с предложенной для измерений экспериментальной установкой, с правилами использования всех приборов.

Измерить скорость счета фона.

Получить необходимые экспериментальные данные и выявить вид зависимости от d зависимости N_d от d. Рассчитать линейный коэффициент поглощения и толщину слоя половинного поглощения.

Выполнить основное задание данного исследования

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Что называется активностью радиоактивного препарата? Какова его количественная характеристика?

Что такое -распад? Какова его природа? Назовите три типа -распада.

Объясните принцип работы лабораторной установки. Какими соотношениями она описывается?

Какой радиоактивный изотоп присутствует в исследуемом образце? Какова схема его распада? Искусственный это изотоп или естественный?

Назовите и объясните механизмы взаимодействия -частиц с веществом, опишите методику измерения линейного коэффициента поглощения воздуха.