Абрамов А.И., Пустынский Л.Н., Романцов В.П. Лабораторный практикум по курсу Ядерная и нейтронная физика

график следует построить на миллиметровке, выбрав удобный масштаб.

Определение Т( 108 Аg)

5. Определите интервал значений Дпи, который целесообразно использовать для определения T( 108 Ag).

6. Поскольку в этом интервале, особенно в его конце, из-за плохой статистики разброс точек оказывается относительно большим, следует провести усреднение результатов по нескольким (к) замерам:

k m m1

(например, выбрав к=3, для интервала усреднения от mi = 21 до

mi (k 1) =23 имеем m = 22, N 22 =(N2l + N22 + JV23)/3 и так далее).

При этом число к должно быть нечетным , чтобы середина интервала

выражалась целым числом m . Выбор числа k согласуйте с преподавателем.

7.Составьте табл. 6.3 по приведенной схеме.

8.Заполните первые 6 столбцов табл. 6.3. При этом интервалы

усреднений, значения m и и m2 внесите в соответствии

со сделанным ранее выбором. Величины Nm впишите те, что были найдены при выполнении п.5. Нанесите полученные точки на график (рис.6.3), выделив их более крупными значками.

9. Найдите суммы чисел в 2-м, 4-м, 5-м и 6-м столбцах ( S x ,Sy,Sxy,Sxx соответственно) и впишите их в последнюю строку

табл. 6.3. Напомним, что в данном случае номер канала m играет

роль аргумента х, а в качестве функции у выступает ln Nm

10. По формулам метода наименьших квадратов для равноточных измерений

(6.22)

110

Таблица 6.3

К определению периода полураспада l08Ag

найдите значения 1 и 2 .

11. Используя соотношения (6.7) и (6.4), а также найденное точное значение , найдите и T(l08Ag).

12. Для оценки погрешности определения величины T(l08Ag) за полните столбцы 7 и 8 табл. 6.3. При этом

(а) расчетные значения ln Nm108( p) находите по формуле (6.8), которая с учетом (6.7) может быть записана в виде

и занесите полученные числа в столбец 7; (б) постройте по этим данным прямую линию на рис.6.3;

(в) найдите разности измеренных и вычисленных логарифмов

(то есть разности чисел в столбцах 4 и 7), возведите их в квадраты и полученные значения запишите в последний столбец 8.

найдите значения квадратов погрешностей, а по ним - и сами погрешности 1 , и 2 .

112.

16. По формулам (6.10) и (6.9) найдите значения и T и запишите полученные результаты в виде T(108 Ag) = Т ± AT.

Определение Т(110Аg)

17. Выберите интервал значений m1 , в котором целесо образно определять период полураспада короткоживущего изотопа серебра 110 Ag.

18.Составьте табл. 6.4 по приведенной выше схеме.

19.Заполните первые восемь столбцов табл. 6.4. При этом

(а) значения m в первом столбце записываются подряд для всего

выбранного интервала m1 ;

(б) соответствующие им значения Nm переписываются во второй столбец из табл.6.2 без усреднения;

(в) расчетные количества импульсов от распада ядер l08Ag находятся по формуле (6.25) с последующим потенцированием и ре

5) и по ним рассчитываются величины в столбцах 7 и 8.

20. Далее в соответствии с порядком, изложенным в п.п. 9-16, найдите для ll0Ag значения , 1 , 2 , 2 , , Т, T и запишите

окончательный результат в виде Т±АТ.

Определение n (107Ag)

их отношение N 108 N 110 .

23. Узнав у преподавателя значение константы К, по формулам (6.16), (6.18) и (6.19) вычислите значение эффективного сечения радиа-

113

ционного захвата тепловых нейтронов ядрами l07Ag и оцените вероятную погрешность этой величины.

24. Все полученные Вами результаты внесите в табл.6.5, в которой для сравнения приведите также справочные значения соответствующих величин.

Контрольные вопросы

1.Какой источник нейтронов используется в выполняемой работе? Какие ядерно-физические процессы, приводящие к испусканию нейтронов, в нем происходят ? С какими энергиями вылетают нейтроны из источника?

2.Какой детектор применяется в настоящей работе, как он устроен и как он работает?

3.Почему могут различаться уровни фона, измеренные без образца и с необлученным образцом?

4.По какой причине могут различаться результаты измерений фона, проведенных до и после основных измерений?

5.Какая величина называется периодом полураспада радионуклида и как ее можно измерить?

6.Как изменяется во времени наведенная активность образца при облучении его нейтронами и после прекращения облучения?

114

7. Какими соображениями приходится руководствоваться при выборе интервалов m2 и m1 , для измерений длинного и короткого периодов полураспада?

8.В чем состоит суть метода наименьших квадратов и для чего он используется?

9.Найдите плотность потока быстрых нейтронов, которым Вы бы облучались при манипуляциях с образцом, если бы в баке не было воды, и сравните ее с предельно допустимой плотностью потока. Как сказывается на получаемой дозе тот факт, что бак заполнен водой?

Литература

1.Описание лабораторной работы № 2 в настоящем сборнике.

2.Пустынский Л.Н. Статистические свойства и оценка параметров радиоактивного распада. Учебное пособие по курсу "Основы ядерной и нейтронной физики". - Обнинск, ОИАТЭ, 1997.

3.Указания к выполнению лабораторных работ по ядерной физике. Приложения 1 и 2 (см. отдельную папку).

4.Тейлор Дж. Введение в теорию ошибок. - М.: Мир, 1985.

Работа 7. ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ КОНВЕРСИИ

Введение

Возбужденное атомное ядро имеет избыток энергии и может высвобождать энергию E в результате электромагнитного перехода в состояние с меньшей энергией. Если энергия E сообщается - кванту, то имеет место радиационный переход. Но та же энергия может быть передана электрону К—, L-, М — и т.д. оболочек атома. Такой процесс передачи ядром энергии перехода E одному из электронов собственного атома носит название внутренней конверсии, в результате которого испускается электрон конверсии в отличие от элек-

115

Передав энергию возбуждения электрону конверсии, ядро атома переходит в основное состояние, а атом оказывается возбужденным, поскольку на одном из его энергетических уровней недостает электрона. За время порядка I015 с на этот уровень переходит электрон с более высокого уровня энергии. Так, если эмиссия электрона конверсии происходит с К -оболочки, то вакансия заполняется электроном преимущественно с L -оболочки. Избыток энергии атома при заполнении вакансии либо выделяется в виде кванта характеристического рентгеновского излучения, присущего атому данного элемента, либо может быть передан одному из электронов оболочки атома, как правило, на L- оболочке. Такой электрон выбрасывается с кинетической энергией

где E2 L - энергия связи двух электронов на L-оболочке. По имени

французского физика, открывшего этот эффект, такие электроны называются электронами Оже. Таким образом, электроны Оже испускаются в процессе непосредственной (без предварительного испускания характеристического рентгеновского кванта) передачи энергии возбуждения атома одному из его электронов. Такой процесс, по существу, следует назвать внутренней конверсией энергии возбуждения атома, хотя этот термин не является общепринятым. При образовании вакансии на К- оболочке самые легкие атомы испускают преимущественно электроны Оже, тогда как атомы с Z > 32 испускают, главным образом, характеристические рентгеновские кванты.

Вероятность процесса внутренней конверсии определяется коэффициентом внутренней конверсии а, который есть отношение числа элек-

Используют также парциальный коэффициент внутренней конверсии для испускания электрона с соответствующих оболочек:

Иногда коэффициент внутренней конверсии определяют как

117

Рис.7.2. Схема уровней ядра 72Ge

Такое определение особенно удобно для ядер, которые по ряду причин не могут передать энергию перехода E -квантам, а сообщают ее только электронам конверсии.

Например, при 0+ -0+ переходах (рис.7.2) -квант испущен быть не

может, так как минимальное значение момента (мультипольность), уносимого -квантом, должно быть равно единице. Такой запрет является абсолютным и коэффициент внутренней конверсии, определенный согласно (7.3), не имеет смысла, но в соответствии с (7.6)

I I K I Н . Как следствие этого, коэффициент внутренней конверсии а будет возрастать. Кроме того, коэффициент а сильно зависит от энергии перехода E и атомного номера z - уменьшается с ростом E И растет с

118

Увеличение вероятности внутренней конверсии с ростом атомного номера Z и при уменьшении энергии перехода E оказывается весьма

внутренней конверсии сводилось к внутреннему фотоэффекту, который, как предполагалось, протекал следующим образом. Возбужденное ядро испускает -квант, который, взаимодействуя с электронной оболочкой

собственного атома, вырывает электрон с К—, L — и т.д. уровней. Явление внутренней конверсии (при таком объяснении) представляется в виде двухступенчатого процесса. На первой стадии ядро испускает -

квант, а на второй - происходит его Поглощение (фотоэффект) электронной оболочкой атома.

Если бы внутренняя конверсия имела двухступенчатый характер, то эмиссия электронов конверсии должна была бы всегда сопровождаться

Интенсивность же электронов конверсии примерно в 100 раз выше, чем интенсивность электронов той же энергии, которые должны

электронов конверсии наблюдается!

Все это указывает на то, что испускание электронов конверсии обу-

словлено непосредственный электромагнитным взаимодействием возбуждѐнного ядра с электронами атомной оболочки и происходит прямая, а не двухступенчатая, передача энергии перехода E электронам атомной оболочки. Явление внутренней конверсии является дополнительным процессом, конкурирующим с -излучением.

Существующая теория процесса внутренней конверсии позволяет достаточно точно вычислять коэффициент внутренней конверсии а и энергию электронов конверсии в зависимости от энергетического и спинового состояния ядер. Измерение энергии Ec электронов конверсии и коэффициента внутренней конверсии с помощью магнитных - спектрометров является самым точным способом определения энергетических уровней возбужденных ядер и вероятности вылета электронов конверсии с уровней энергии электронной оболочки атома. Сравнение измеренных значений коэффициента с рассчитанными теоре-

119