Радиоактивность ядер. Взаимодействие - и -излучений с веществом (96

Методика проверки энергетического спектра излучений исследуемых источников

Индикаторный прибор фиксирует не только излучение источника, но и фоновое излучение. Поэтому в результате эксперимента должны получиться зависимости:

источника, хорошо ложатся на прямую линию в зависимости от x (см. рис. 3), то с хорошей степенью точности можно считать, что источник α-частиц монохроматичен по энергии. Пробег α-частиц Rα в этом случае может быть найден как точка пересечения линии

Nα − NαФ = f (x) с осью x.

11

Энергию α-частиц Wα можно определить по найденному пробегу Rα, пользуясь известной экспериментальной зависимостью Rα от Wα для конкретного поглощающего материала. Ниже приведена зависимость Rα от Wα для терилена [4]:

Для определения максимальной энергии Wβ,max в спектреβ-частиц и пробега Rβ,max β-частиц с такой же энергией применяют аналогичную методику. Разница в том, что в этом случае при толщинах поглощающего слоя, близких к длине пробега, фон вносит большие искажения в экспоненциальный закон. Анализ показывает, что в этом случае о мере выполнимости экспоненциальной зависимости Nβ от x можно судить по степени линейности экспериментальной кривой ln(Nβ) = f (x) для малых x. За максимальный пробег нужно принять

значение x, соответствующее точке пересечения двух асимптот начального и конечного участков экспериментальной зависимости

ln (Nβ(x)) (см. рис. 4). Максимальную энергию спектра β-частиц

определяют по найденному значению пробега Rβ и известной экспериментальной зависимости Rβ,max от Wβ,max для алюминия, используемогов работев качествепоглотителя[4]:

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В лабораторной работе Я-3б изучаются свойства β-излучения. Источником β-излучения служит химическое соединение KCl. Радиоактивным в этом соединении является присутствующий в природных образцах KCl изотоп элемента K40. Распад K40 сопровождается β- и γ-излучением. Однако число γ-распадов составляет

12

лишь 10 %, а β-распадов — около 89 % от их общего числа. Кроме того, из-за выбора рабочего вещества счетчика и его геометрии регистрация проходящих через него γ-квантов происходит в 100 раз реже, чем β-частиц. Поэтому можно считать, что в опыте регистрируются только β-частицы источника.

Описание экспериментальной установки

Установка (рис. 5) состоит из индикатора счета 1, счетчика Гейгера 2 (блока детектирования БДБ2-0М β-частиц) и конструкции 3, закрепленной под счетчиком. В паз конструкции 3 вставляется источник 4. Поглощающие пластины вкладываются между источником и β-датчиком.

Рис. 5. Внешний вид экспериментальной установки

В качестве индикатора счета 1 используется прибор УИМ2-2, передняя панель которого показана на рис. 6. Прибор включается в сеть тумблером 1. Индикатор — стрелочный прибор 3, который показывает число частиц n, регистрируемых за одну секунду. Прибор имеет две измерительные шкалы 2 — красную и зеленую. Они позволяют измерить n в широком диапазоне его значений, так как могут быть использованы с различными сомножителями 2. Переход на другой сомножитель осуществляется автоматически. Работающий в данный момент сомножитель светится. Цвет используемой шкалы определяется цветом светящегося квадратика 4 или 5. Кнопка «Разряд» 8 позволяет (при необходимости) сбросить пока-

13

зание прибора. К прибору УИМ2-2 могут быть подключены одновременно два датчика. Подключение стрелочного прибора к тому или иному датчику осуществляется кнопками I или II «Измерение» (позиции 6 и 7 на рис. 6).

Рис. 6. Передняя панель прибора УИМ2-2

Меры безопасности при выполнении работы

Удельная активность используемого в работе источника, т. е.

активность 1 г вещества a =1 10−3 с−1 кг−1 . Согласно санитарным правилам работы с радиоактивными веществами [4], это значение

существенно меньше предельного значения ( 74 10−3 с−1 кг−1 ), при превышении которого требуется специальное обращение с источником. Тем не менее рекомендуется:

1)пластину (или кювету) с KCl брать пинцетом или в резиновых перчатках;

2)мыть руки после окончания работы.

Порядок выполнения эксперимента

1.Включить индикатор счета УИМ2-2 в сеть.

2.Нажать кнопку I переключателя «Измерение» прибора (позиция 6 на рис. 6), подключив его при этом к счетчику Гейгера.

14

3. По окончании времени установления прибора (через t = = 0,5 мин) снять фоновое показание nβФ и занести его в таблицу.

Таблица результатов

x, мм 0,00 0,04 0,08 0,12 0,16 0,24 0,32 0,40 0,50 0,74 1,00 1,50 2,00

зультатов.

6. Убрать с источника предыдущую поглощающую пластину и заменять ее последовательно непрерывно возрастающими по толщине из всех имеющихся пластин и их комбинаций. Для всех значений х, указанных в таблице, снять показания прибора nβ(x). Полученные значения nβ(x) занести в таблицу.

7.Убрать поглощающие пластины в специальную упаковку.

8.Выключить прибор УИМ2-2 из сети.

9.Вычислить и занести в таблицу натуральные логарифмы всех измеренных величин.

Обработка экспериментальных данных

1. Построить график экспериментальной зависимости ln (nβ(x)) от x. Убедиться, что при малых x эта зависимость близка

к линейной. На этом основании сделать вывод о характере спектра энергии β-частиц.

15

2. Продолжить линейный участок зависимости ln (nβ(x)) от x

при малых значениях x до пересечения с горизонтальной прямой, проведенной через точку на оси ординат ln (nФ ) . Абсциссу точки

пересечения этих двух прямых принять за максимальную длину пробега Rβ,max β-частиц.

3.Определить по найденному значению Rβ,max максимальную энергию Wβ,max β-частиц, вылетающих из радиоактивных ядер K40, используя данные на с. 12.

4.Привести вычисленные значения максимальной длины про-

бега Rβ,max и максимальной энергии Wβ,max как окончательный результат работы.

Контрольные вопросы

1.Что такое радиоактивный распад? Запишите схему α- и электронного β-распадов.

2.Из какого источника черпается энергия α- и β-излучений?

3.Охарактеризуйте спектр энергий α- и β-частиц при распаде ядер одного химического элемента.

4.Запишите закон прохождения α- и β-излучений плоского источника через поглощающую среду.

5.Как в данной работе определяется энергия α-частиц и максимальная энергия β-частиц?

Литература

1.Широков Ю.М., Юдин Н.П. Ядерная физика. М.: Наука, 1972.

2.Проблема радона в урановых рудах: пер. с англ. // Д.А. Холэйди, Д.Е. Раминг, Р.Д. Коулман и др. М.: Госатомиздат, 1961.

3.Таблицы физических величин: Справ. / Под ред. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976.

4.Гусев Н.Г. Справочник по радиоактивным излучениям и защите. М.: Медгиз, 1956.

5.Санитарные правила обращения с радиоактивными отходами (СН-ОРО-85). СанПиН 42-129-11-3038-85. Издание официаль-

ное. М.: 1986.

16