ЛР 40

3.Выполняя работу, следовать указаниям, представленным на мониторе компьютера.

4. Вращая винт-гайку 3 (рис. 5), придвинуть α-препарат вплотную к сцинтиллятору (х = 0) и измерить 5 раз число импульсов N(x) за время 3 секун-

ды. Отодвигая винтом препарат каждый раз на 2 мм, проводить измерения N(x)

до тех пор, пока число импульсов не уменьшится до уровня фона Nф. Результа-

ты измерений занести в таблицу. Подсчитать среднее значение

Nср (х) = 1/5∑ Ni(x)

11

Зависимость числа импульсов N(x) от расстояния x между

α–источником и сцинтиллятором

Оценка среднего пробега Rср

Для каждого положения препарата х подсчитать разность Nср –Nф, а также величину (Nср - Nф)/Ω. (Ω – параметр установки – поправка, учитывающая уменьшение телесного угла при возрастании расстояния между α-источником

(таблеткой диаметром 30 мм) и сцинтиллятором диаметром 60 м). По рассчи-

танным значениям (Nср -Nф)/Ω построить график 1 для коллимированного пуч-

ка ƒ(x) = (Nср (x) – Nф)/Ω.

12

Оценить по графикуƒ(x) = (Nср (x) – Nф)/Ω величину среднего пробега Rср α-

частиц в воздухе.

Оценка экстраполированного пробега Rэкстр

Построить график 2 для неколлимированного пучка ƒ(x) = Nср(x) –Nф и

по нему определитьвеличину экстраполированного пробега Rэкстр.

Оценка приведенного экстраполированного пробега R′экстр

Используемый в данной работе радиоактивный препарат плутония по-

крыт защитной пленкой рутила (TiO2). Прежде чем попасть в воздух, частица проходит слой пленки толщиной l0. В связи с этим, при определении энергии -

частицы с помощью графика (рис.3), используется величина R′экстр - называемая

приведенным экстраполированным пробегом и равная R′экстр = Rэкстр+ 3400

∙l0, где l0 = 2 ÷ 8 мкм.

( Данные о толщине пленки l0 находятся на рабочем месте; коэффициент 3400

равен отношению плотности рутила к плотности воздуха при нормальных ус-

ловиях).

Определение энергии Eэксп α-частиц.

Энергия Eэксп α –частиц определяется по графику R′эстр (Е) (рис. 3).

Погрешность определения энергии Eэксп обусловлена в основном ошиб-

ками в определении длины пробега ( х). В данном методе х ≈ 0,4 см

Е Е2 Е1 ,

2

где Е1 – энергия, определяемая по графику (рис. 3) для R1 x ; Е2 – энергия, оп-

ределяемая для R x .

1

Оценка энергии E α -частиц по формуле Гейгера – Нэттола (1) log10τ = 148 E–0,5 – 53,6.

13

Энергию -частицы ( в МэВ) можно оценить по известному значению периода полураспада T1/2 = 87,75 лет, предварительно выразив время жизни τ ( в секун-

дах) через период полураспада (τ = Т/ln 2)

Число пар ионов от одной α-частицы

Число пар ионов, образовавшихся при торможении одной -частицы в воздухе до превращения ее в атом гелия, определяется формулой

Nион = Е/ Uиониз,

где Uиониз = 35 эВ – средняя энергия ионизации молекул воздуха.

Контрольные вопросы

1.Что представляет собой α-частица?

2.Как зависит вероятность туннелирования частицы от её энергии Е?

3.Как зависит период полураспада α-радиоактивных ядер от энергии Е?

4.Какие основные виды потерь энергии имеют место при прохождении заря-

женной α-частицы через вещество? В какой атом превращается она в конце пу-

ти?

5.Сколько пар ионов образует частица при торможении ее в воздухе?

6.Что такое средний пробег, экстраполированный пробег и приведенный экст-

раполированный пробег? Почему при оценке среднего пробега α-частицы

следует вводить поправку на телесный угол? Как влияет толщина защитной пленки на величину пробега частицы в воздухе?

7.Каков принцип работы сцинтилляционного счетчика и фотоэлектронного умножителя?

8.Каков порядок выполнения работы?

14

ПРИЛОЖЕНИЕ

ФОРМА ОТЧЕТА

Титульный лист

УрФУ Кафедра физики ОТЧЕТ

по лабораторной работе №40

Исследование -распада радиоактивного изотопа плутония

Студент-(ка)_____________

Группа __________________

Преподаватель____________

Дата ____________________

На внутренних страницах:

Расчетная формула Гейгера–Нэттола log10τ = 148 E–0,5 – 53,6,

где τ – среднее время жизни α-частицы (выражается в секундах);

E – кинетическая энергия частицы (МэВ).

Средства измерений и их характеристики

15

1.Таблица результатов измерений числа -частиц

Зависимость экстраполированного пробега α-частиц в воздухе при нормаль-

ных условиях от их энергии Е. (Эмпирическая зависимость).

2. График зависимости числа импульсов от расстояния между -источником и сцинтиллятором для неколлимированного пучка ƒ(x) = Nср(x) –Nф (график при-

ложить к отчету!)

3. Значение экстраполированного пробега

Rэкстр =......................см

4. Значение приведенного экстраполированного пробега

R′экстр = Rэкстр+ 3400 ∙l0 , где l0 = ……мм

16

9. Число пар ионов, образовавшихся при торможении -частицы в воздухе до превращения ее в атом гелия. N = E/Uиониз , где Uиониз. = 35 эВ – средняя энергия ионизации молекул воздуха. N = ……

10. Используя формулу кинетического закона радиоактивного распада

N = N0exp(-t/τ), подсчитать, через сколько лет останется 1/8 часть радиоактив-

ного препарата плутония.

11. Оценить по графику для коллимированного пучка ƒ(x) = (Nср(x) – Nф)/Ω ве-

личину среднего пробега Rср -частиц в воздухе.

17

Учебное издание

ИССЛЕДОВАНИЕ - РАСПАДА РАДИОАКТИВНОГО ИЗОТОПА

ПЛУТОНИЯ

Составитель Шварев Константин Максимович

Компьютерная верстка Н.Н. Анохиной

Редакционно-издательский отдел УрФУ

620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19.

rio@mail.ustu.ru

Ризография НИЧ УрФУ

620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19.

18