4. Экспериментальная установка

Для измерения -активности (А_) препарата, изготовленного из некоторого радиоактивного элемента, препарат помещают вблизи счетчика и измеряют число частиц N_t, зарегистрированных счетчиком за некоторый промежуток времени t. Разделив N_t на t получают скорость счета частиц: , которая характеризует активность препарата, но не равна ей. Различие между N_o и A_ возникает по нескольким причинам:

1. Часть излучения, зарегистрированного счетчика, была испущена не препаратом, а окружающими предметами, Землей или принадлежит космическому излучению. Эту долю излучения называют фоном.

2. Препарат излучает -частицы по всем направлениям. Поэтому часть их проходит мимо рабочего объема счетчика.

3. Часть испущенных препаратом частиц поглощает в самом препарате, в воздухе, материале окошка счетчика.

Анализируя перечисленные факторы, получим формулу для расчета активности препарата:

A=К(N-N_ф) (10)

где К – постоянная для данной экспериментальной установки величина (К=108), N_ф – скорость счета фона.

Далее учтем, что изотоп ₁₉К⁴⁰ участвует в двух типах -распада (см. рис.6). а именно: ^-распаде и К-захвате. На долю К-захвата приходится 11% всех радиоактивных процессов в ₁₉К⁴⁰, но этот тип распада не регистрировался нашей установкой. Следовательно, -активность данного препарата в 1,11 раза больше, чем определено формулой (10):

А_=1,11А=1,11К(NN_ф). (11)

Распад ₁₉К⁴⁰, как видно из схемы (рис.6) сопровождается и -излучением, к которому счетчик Гейгера-Мюллера чувствителен. Поэтому при измерении скорости счета фона следует не удалять препарат от счетчика, а накрыть его алюминиевой пластинкой, которая поглощает -частицы и пропускает -излучение. О чевидно, что по такой методике по формуле (11) определится именно -активность препарата. Удельная -активность (-активность, приходящаяся на единицу массы образца) определится по формуле: , где m – масса препарата.

Период полураспада Т короткоживущих элементов рассчитывается по экспериментальным данным изменения во времени активности препарата. Для долгоживущих элементов, каким является ₁₉К⁴⁰, таких измерений провести нельзя, так как активность препарата долгие годы остается практически неизменной. Однако при наличии препарата с известным количеством атомов исследуемого радиоактивного изотопа, определив его абсолютную активность А_, можно рассчитать Т.

Поскольку А_=n, то

.

Число радиоактивных ядер в препарате n рассчитаем из следующих соображений:

1. Природный калий химически очень активное вещество, поэтому препарат изготовлен из его соединений – хлористого калия (KCl). Зная массу образца m, найдем число атомов калия n_K в нем:

,

где  - молярная масса КCl, N_А – число Авогадро.

2. Природный калий в основном состоит из стабильного изотопа ₁₉К⁴⁰ и имеет примесь радиоактивного изотопа в количестве 0,119%. Поэтому концентрация радиоактивных частиц n в образце:

.

Следовательно:

.

N_A=6,02*10²³ моль^-1; m = 3,35 г; μ=74,5 г/моль; Т=1.42*10⁹ лет.

5. З а д а н и я :

1. Изучить краткую теорию.

2. Изучить правила использования экспериментальной установки. Примечание: счет производить следующим образом: нажать кнопку «Пуск » одновременно с запуском секундомера; по окончании времени измерения нажать кнопку «Пуск » для остановки счета; записать результат; при нажатой кнопке «Пуск » обнулить счет кнопкой «Уст.0»; для начала счета отпустить кнопку «Пуск ».

3. Накрыть препарат алюминиевой пластинкой, измерить скорость счета фона и -излучения препарата.

4. Снять алюминиевую пластинку с препарата и измерить скорость счета так же как и в пункте 3.

4^/. Произвести 6 измерений по 5 минут.

5. Рассчитать удельную -активность природного калия.

6. Рассчитать период полураспада Т.

7. Сравнить полученные данные с табличными значениями. Оценить точность измерений.

6. К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы :

1. Что называется активностью радиоактивного препарата?

2. Что такое -распад? Назовите три типа -распада.

3. Объясните принцип работы лабораторной установки.

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

5. Почему в настоящей работе образец при измерении фона накрывают алюминиевой пластинкой?