Естественная радиоактивность калия (96

Рис. 7. Схема установки для β(излучения:

1 – препарат; 2 – счетчик Гейгера; 3 – бокс для препаратов; 4 – блок регистрации; 5 – индикатор; 6 – кнопки управления

панели блока регистрации расположены цифробуквенный индика( тор и управляющие кнопки. На задней стенке находятся сетевой вы( ключатель и клемма заземления. Препараты хранят в боксе.

Для выполнения задания необходимо:

1)проверить наличие заземления. При отсутствии заземления обратиться к дежурному по лаборатории;

2)вставить сетевую вилку в розетку и включить тумблер «Сеть» на задней стенке блока регистрации, после чего должны появиться подсветка тумблера и запись «time 10.0 s» на индикаторе. Эта запись означает, что время счета (экспозиция) будет составлять 10 с. С по( мощью кнопок <+> и <–> можно задать экспозицию от 1 до 999 с;

3)установить небольшую экспозицию, например 20 с. Если под счетчиком есть препарат, убрать его; нажать и отпустить кнопку «Пуск». При этом начинается регистрация импульсов фона. Верх( няя строка индикатора показывает прошедшее время, а нижняя – число зарегистрированных импульсов (imp). Показание индикато( ра считывается, когда секундомер остановится. Для повторения из( мерения нажать кнопку «Пуск».

Задание 2. Измерить пробег и энергию β(частиц. Для выполнения задания необходимо:

1)ознакомиться с методикой измерений, приведенной в разд. 7;

2)подготовить для записи результатов измерений табл. 1 и 2;

3)установить экспозицию t = 500 с и записать это значение

втабл. 1;

4)убрать от счетчика препарат, измерить число импульсов фона Nф , результат измерения записать в табл.1;

21

Таблица 1

t, с Nф

5) взять в боксе препарат № 2. Толщину d активного слоя, ука( занную на установке, записать в табл. 2. Установить препарат под счетчиком до упора, измерить количество импульсов N за 500 с, ре( зультат измерения записать в табл. 2.

6)повторить измерение для препаратов № 3–6 аналогично п. 5;

7)обработать результаты измерений. Для этого следует:

а) по результатам измерений вычислить значение величины Nр = N – Nф (см. (19)) и записать его в табл. 2;

б) вычислить статистическую погрешность σр для величины Nр (см. (25)) и записать ее в табл. 2;

в) построить графическую зависимость Nр от d (см. рис. 6). Для каждой экспериментальной точки отметить на графике погрешность σр вертикальной чертой длиной σр в обе стороны от эксперимен( тальной точки;

г) через экспериментальные точки с учетом погрешностей про( вести плавную кривую. Толщину слоя d0, при которой кривая вы( ходит на горизонтальный (или пологий) участок, принять за пробег β(частиц с максимальной энергией Emax. Результат измерения d0 за( писать в табл. 3;

Таблица 3

д) вычислить Emax (см. (12)), результат записать в табл. 3;

22

е) вычислить отклонение ε (в процентах) результата измерения Emax от табличного значения 1,3 МэВ. Результат записать в табл. 3.

Задание 3. Измерить период полураспада. Для выполнения задания необходимо:

1)ознакомиться с методикой измерений, приведенной в разд. 7;

2)препарат № 1, используемый для измерения периода полурас(

пада, установить под счетчиком и измерить количество импульсов N за 500 с. Результат записать в табл. 4;

3)по окончании измерений выключить питание установки тум( блером на задней стенке блока регистрации;

4)характеристики препарата № 1 (m, f ), приведенные на препа( рате (или на установке), записать в табл. 4;

5)обработать результаты измерений. Для этого следует:

а) вычислить и записать в табл. 4 значения следующих величин: N40 (см. (21)), nр (см. (18)); A (см. (22)); T (см. (20));

б) вычислить относительное отклонение полученного значения T от табличного значения Tт = 1,3 . 109 лет: ε = 100 % (T – Tт )/Tт . Результат записать в табл. 4.

Эксперимент 2. Гамма<излучение

В ходе эксперимента выполняют четыре задания. Задание 1. Ознакомиться с установкой.

Установка состоит из дозиметра, источника γ(излучения и погло( щающих пластин (см. рис. 5, б). Внутри дозиметра находятся четыре

23

цилиндрических счетчика Гейгера–Мюллера. Источником γ(излу( чения служит соль KCl массой в несколько килограмм. Поглотитель вставляют в трубу прямоугольного сечения между излучателем и до( зиметром. Дозиметр работает от адаптера на 9 В.

Счетчики обернуты свинцовой фольгой, в которой происходят взаимодействия γ(квантов с передачей энергии электрону (позит( рону). Бета(частицы, испущенные препаратом, поглощаются в кор( пусе дозиметра и свинце и поэтому не регистрируются.

Для выполнения задания необходимо:

1)включить питание дозиметра – вставить в розетку сетевую вилку, при этом должен загореться светодиод адаптера. После вклю( чения питания прибор начинает работать, а на индикаторе появля( ются цифры.

Примечание. На правой боковой стенке дозиметра имеется вы( ключатель, который должен быть включен и заклеен скотчем;

2)ознакомиться с работой дозиметра и его индикатором (рис. 8). Прибор работает в автоматическом, циклическом режиме. При каж(

Рис. 8. Индикатор дозиметра:

а – во время счета импульсов; б – при считывании результата

дом срабатывании счетчиков издается звуковой щелчок, а электри( ческий импульс поступает в пересчетное устройство. В течение 18 с прибор считает импульсы, положение десятичной точки на индика( торе показано на рис. 8, а. По окончании счета прибор издает звуко( вой сигнал, а на индикаторе в течение нескольких секунд высвечи( вается результат измерения (рис. 8, б). Затем результат автоматически сбрасывается и начинается новый цикл. Прибор предназначен для измерения мощности дозы γ(излучения в микрозивертах в час (мкЗв/ч). В данной лабораторной работе показания индикатора сле( дует пересчитать в число зарегистрированных γ(квантов. Если число на индикаторе увеличить в 100 раз (т. е. отбросить десятичную точ( ку), получим число пар зарегистрированных импульсов, которое за( писывают в табл. 5.

24

Задание 2. Измерить фон и γ(излучение источника.

Число измерений не менее 15. Поглотители – железо Fe и алю( миний Al.

Для выполнения задания необходимо:

1) подготовить табл. 6 для записи измерений;

2)измерить фоновое излучение. Убрать контейнер с солью на расстояние больше полуметра от дозиметра. Записать в графу 2 табл. 5 15 показаний дозиметра (десятичную точку отбрасывать);

3)вычислить суммарное количество импульсов фона Nф = 2 ∑Ni . Результат записать в табл. 6.

4)установить контейнер с солью KCl вплотную к трубе 2 (см. рис. 5, б), в которой не должно быть поглощающих пластин. Если контейнер в плане не квадратный, то установить его узкой стороной

ксчетчикам. Выполнить измерения и записать результаты в графу 3

табл. 5. Вычислить суммарное количество импульсов N0 = 2 ∑Ni и записать результат в табл. 6. Разность N0 – Nф равна интенсивности γ(излучения калия в относительных единицах (значение разности занести в табл. 6).

Задание 3. Измерить коэффициент поглощения γ(излучения в железе и алюминии.

Для выполнения задания необходимо:

1) три железных пластины толщины примерно по 0,6 см сложить вместе и измерить их суммарную толщину x (в см), результат запи(

25

сать в табл. 5. Вставить все пластины в трубу. Результаты 15 измере( ний записать в графу 4 табл. 5. Вычислить N = 2∑Ni и записать ре( зультат в табл. 6. Разность N – Nф равна интенсивности в относи( тельных единицах прошедшего через железо γ(излучения; значение разности указать в табл. 6;

2)взять пластину из алюминия толщиной 16–18 мм, измерить тол( щину x. Повторить измерения п. 1, результаты записать в табл. 5 и 6;

3)выключить питание установки;

4)обработать результаты измерений. Для этого следует:

а) подготовить табл. 7;

б) вычислить массовую толщину d = xρ, где ρ – плотность мате( риала, г/см3; x – толщина поглотителя, см. Вычислить μм для железа и алюминия (см. (24)). Вычислить d0,5 (см. (14)). Результаты запи( сать в табл. 7;.

в) объяснить, почему значения μм и d0,5 для железа и алюминия мало различаются.

Задание 4. Вычислить годовую дозу излучения калия в теле человека.

Втеле человека присутствует калий, распад которого вносит вклад

вдозу излучения. Удельная активность калия a0 (в Бк/г), (см. (5), (9), (21)):

где M = 39 г/моль – молярная масса калия. Для табличного значения T = 1,3. 109 лет получаем (см. (26)) a0 = 31 Бк/г.

Для выполнения задания необходимо:

1) вычислить для массы калия в теле человека mч =140 г актив(

ность калия Aч = mч a0. Результат записать в табл. 8;

26

Таблица 8

Активность калия в теле человека Aч , Бк Поглощенная энергия Поглощенная доза Эквивалентная доза Доля полной годовой дозы

2)вычислить энергию E (в Дж), поглощенную в теле человека за год. Принять, что при одном распаде поглощается энергия 0,5 МэВ.

Результат записать в табл. 8. Примечание. 1 эВ = 1,6.10–19 Дж;

3)вычислить годовую поглощенную дозу излучения калия Dк (см. (15)) и эквивалентную дозу Hк (см. (16)). Считать, что калий равномерно распределен по всему телу и его излучение поглощается массой человека. Результаты записать в табл. 8.

4)вычислить отношение дозы от внутреннего излучения калия

кполной дозе: Hк /H, где H – средняя годовая доза естественного излучения (см. (17)). Результат записать в табл. 8. Сделать выводы.

27