optica-metod / Lab08

фотоны, часть которых, попадая на катод счётчика, вырывает с его поверхности фотоэлектроны. Эти электроны, двигаясь от катода к аноду,

ионизируют на своём пути нейтральные атомы, создают следующую лавину,

а из катода вырывается фотонами новая партия электронов и т.д.

Через разрядный промежуток счётчика за короткое время проходит последовательная серия электронных лавин. Время продолжительности импульса в счётчике называется мёртвым временем и определяет разрешающую способность счётчика. Чем меньше мёртвое время, тем большее число ионизирующих частиц может зарегистрировать счётчик в единицу времени.

При отсутствии источника исследуемого радиоактивного излучения счётчик может давать импульсы за счёт частиц космического излучения и других случайных факторов. Скорость света в этом случае называется фоном счётчика.

Космическими лучами называют поток атомных ядер и элементарных частиц высоких энергий, в основном протонов, идущих из космического пространства, и образуемое ими в земной атмосфере вторичное излучение, в

котором встречаются практически все известные в настоящее время элементарные частицы. Обладая колоссальной энергией (в среднем около

1010 эВ), частицы космического излучения превосходят по своей проникающей способности все другие виды ядерных излучений.

Поток первичного космического излучения на уровне моря составляет в среднем 1,75·10-2 частиц / см2·с и весьма мало меняется с солнечной активностью.

Интенсивность и состав космического излучения, а также превращения, испытываемые ими в атмосфере, достаточно хорошо изучены.

В космическом излучении были впервые обнаружены многие элементарные частицы (позитроны, пионы, мюоны, К - мезоны и гипероны). Исследования этого весьма слабого по интенсивности излучения стимулировали развитие многих новых экспериментальных методов и привели к важнейшим

11

открытиям, существенно расширившим наши представления о природе элементарных частиц, о свойствах космического пространства и процессах в звёздах, в которых генерируются космические лучи.

Доза излучения.

Любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков, называют ионизирующим излучением. Радиоактивное излучение является ионизирующим излучением. Основные задачи дозиметрии ионизирующих излучений:

1)Определение дозы или мощности дозы излучения в средах от различных видов излучений;

2)Измерение активности радиоактивности препаратов;

3)Определение соотношений между активностью препарата и создаваемой им мощностью дозы.

Поглощённая доза ионизирующего излучения D - это отношение

средней энергии dW, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объёме, к массе dm вещества в этом объёме:

D=dW/dm.

Единицей поглощённой дозы в СИ является грэй (Гр): I Гр = 1 Дж /1 кг.

Необходимость введения понятий эквивалентной дозы и коэффициентов качества объясняется тем, что степень воздействия на биологические объекты определяется несколькими факторами:

а) поглощённой дозой D,

б) пространственным распределением энергии, переданной ионизирующей частицей среде;

в) видом излучения и энергией частиц;

г) способностью клеток к восстановлению, защитной реакцией живой ткани.

12

Существующие дозиметрические приборы позволяют измерить не поглощённую дозу, а лишь дозу излучения по ионизирующему эффекту,

производимому данным излучением в среде. Поэтому все расчёты,

связанные с защитой человека от действия излучения, делают на основании не фактически поглощённой дозы, а экспозиционной дозы, показывающей ионизирующее действие излучения в воздухе.

Dэкс=dQ/dm,

где dQ - полный заряд ионов одного знака,

dm — масса воздуха в элементарном объёме. Единица экспозиционной дозы в СИ - Кл / кг, внесистемная единица Dэкс - рентген (Р).

1Р=2,58.10-4 Кл/кг.

Подготовка установки к работе.

1. Включить пересчётное устройство ПС — 20 с помощью сетевого шланга в

сеть.

2.Нажать любую кнопку на кнопочном переключателе, при этом установка должна включиться в сеть.

3.Прибору необходимо дать прогреться в течение нескольких минут.

4.Нажать кнопку “ Сброс” - показания декатронов должны установиться на нуль.

5.Нажать кнопку “ Проверка” и проверить правильность работы счётной схемы. При проверке на вход прибора ПС - 20 автоматически подаётся переменное напряжение с частотой 50 Гц. Если счётчик работает правильно,

он должен зарегистрировать примерно 50 импульсов в секунду.

6. Убедившись в правильности работы всех декатронов, нажать кнопку

“ Стоп”. При этом счёт должен прекратиться.

7. Нажать кнопку “ Стоп” - показания декатронов должны сброситься на нуль.

Прибор готов к работе.

13

Упражнение 1.

Измерение фона. Каждый счётчик даёт некоторую скорость счёта даже

вотсутствие исследуемых источников излучения. Среднее число импульсов

вминуту, которые регистрирует счётная установка в отсутствие радиоактивных препаратов, называется фоном. Этот счёт обусловлен космическим излучением, радиоактивными загрязнениями счётчика и окружающих предметов, а также самопроизвольными разрядами в счётчике.

Для определения фона счётчика препарат радиоактивного вещества относят подальше от счётчика. Включают одновременно кнопку “ Пуск” и

секундомер. Через несколько минут нажимают на кнопку “ Стоп” и

одновременно останавливают секундомер. Поделив число зарегистрированных импульсов N на время в минутах, получим фон счетчика.

Аналогичные измерения повторить ещё два раза. Найти среднее значение:

Nф=(N1+N2+N3)/3

При этом перед каждым измерением нажимать кнопку “ Сброс”.

Упражнение 2.

Определение мёртвого времени счётчика.

Гашение счётчика осуществляется в течение некоторого времени τ≈10-3

÷10 -4 с. В этот промежуток времени счётчик не регистрирует попавшие в него частицы, т называется "мёртвым временем" счётчика.

Величина, обратная “ мёртвому времени”, называется разрешённой способностью счётчика:

R.=1/τ.

Разрешающая способность счётчика определят максимальное число частиц, попавших в счётчик за 1 с. Чем меньше “ мёртвое время” счётчика,

тем больше частиц попадает в счётчик за 1 с.

14

Зная “ мёртвое время” счётчика, можно определить истинное число частиц, попадающих в счётчик за 1 с. Установлено, что между истинным числом частиц N. попадающих в счётчик за 1 с, и числом регистрируемых частиц Nизм существует следующая связь:

N= Nизм /(1-τ ·Nизм)

Если “ мёртвое время” счётчика неизвестно, его можно определить опытным путём методом двух препаратов. Для этого необходимо:

1. Перед счётчиком Гейгера - Мюллера на специальной ползушке установить первый радиоактивный препарат (заклеенный в клемму) и

измерить общее число импульсов за t = 3 мин. Вычислить N1 (имп / сек).

180

Сделать поправку на фон N1изм= N1 -Nф

180

2. Первый препарат унести подальше от счетчика. На ползушке закрепить второй препарат и измерить N2. Вычислить:

N2изм= N 2 -Nф

180

3. Установить на ползушке оба радиоактивных препарата. Вычислить:

N1,2изм= N1,2 -Nф

180

4. “ Мёртвое время” счётчика рассчитывается по формуле:

τ=(N1+N2-N1,2)/(2N1·N2)

5. По измеренному т вычислить разрешающую способность счетчика по формуле:

R=1/τ.

Упражнение 3.

Изучение поглощения β - частиц. В данном упражнении исследуется зависимость интенсивности Р - излучения от толщины алюминиевой пластинки. Источник излучения устанавливается на небольшом расстоянии

15

от счётчика по специальной ползушке, расположенной как раз против середины газового счётчика, отверстием к счётчику. Закрывают отверстие одной, двумя и, наконец, пятью алюминиевыми пластинками. Всякий раз измеряют интенсивность излучения, т.е. общее число импульсов в 1 мин.,

проводя счёт с каждой пластинкой в течение 3 мин. Измеряют микрометром толщину поглощающегося слоя. Делают поправку на фон и влияние γ -

лучей, т.е. из общего числа импульсов каждого измерения с пластинкой вычитают число импульсов при измерении со свинцом. Результаты измерения записывают в таблицу.

По полученным данным строят кривую поглощения β - частиц алюминием,

откладывая по оси абсцисс толщину слоя в мм, а по оси ординат — число импульсов в 1 мин, регистрируемое счётчиком. Из графика будет видно, что β -частицы поглощаются алюминием постепенно. Это объясняется тем, что β

-частицы обладают различными значениями энергии. Частицы с малой энергией поглощаются очень легко, и поэтому интенсивность излучения резко падает уже в самом начале их пути сквозь поглотитель.

Абсцисса точки, соответствующая нулевой интенсивности называется максимальным пробегом β - частиц. Эту энергию можно приблизительно вычислить по формуле:

Емах=(ρ·d+0,16)/0,546,

где Емах — максимальная энергия β - частиц в МэВ;

ρ — плотность вещества в г / см3;

16

d - толщина слоя поглощающего вещества в мм.

Упражнение 4.

Определение коэффициента поглощения веществом β - лучей.

Поглощение β - лучей в веществе описывается так же, как и поглощение света:

где N0 — число частиц, зарегистрированных прибором без преграды, за время t;

N - число частиц, прошедших через слой вещества толщиной d за то же время t; µ - коэффициент поглощения. Записав уравнение (14) для двух пластинок вещества толщиной d1 и d2; и решая совместно полученные уравнения относительно µ, получим:

µ=(lnN2-lnN1)/(d2-d1).

Пользуясь набором алюминиевых и медных пластин, определить коэффициент поглощения.

Вопросы для подготовки к защите лабораторной работы.

1.Состав атомного ядра.

2.Какое общее название имеют протоны и нейтроны?

3.Какие атомные ядра называют изотопами?

4.Какие изотопы называют радиоактивными?

5.Зарядовое число.

6.Массовое число.

7.В чём заключается явление естественной радиоактивности?

8.Что собой представляют α -, β - и γ - лучи?

9.Основные свойства радиоактивного излучения.

10.Записать уравнение α - распада и β - распада.

17

11.Правила радиоактивного смещения.

12.Может ли радиоактивный элемент одновременно излучать α - и β

лучи?

13.В результате какого процесса возникает явление радиоактивности?

14.Какие элементарные частицы испускаются при β - распаде?

15.В чём заключается механизм α-, β - и γ - излучения?

16.Что такое период полураспада?

17.Получите математическое выражение закона радиоактивного распада. Каков характер этого закона?

18.По какой формуле определяется число распавшихся ядер?

19.Физический смысл постоянной радиоактивного распада

20.Что называют активностью радиоактивного изотопа? От чего она

зависит?

21.Единицы активности.

22 Принцип действия счётчика Гейгера — Мюллера.

23.Какие частицы может регистрировать счётчик?

24.Как осуществляется регистрация γ - квантов и других электрически нейтральных частиц в счётчике Гейгера - Мюллера?

25.Регистрирует ли в данной работе счётчик Гейгера - Мюллера α -

частицы?

26.Как защитить живой организм от α -, β - и γ - лучей?

27.Что называют “ мёртвым временем” счётчика?

28.Какие элементарные частицы вы знаете?

29.Какие частицы регистрирует счётчик Гейгера - Мюллера, если между счётчиком и радиоактивным препаратом поставить свинцовую пластинку?

30.Как определяют число β - частиц, пропускаемых алюминиевой пластинкой?

31.Почему счётчик Гейгера — Мюллера называется газоразрядным самогасящимся счётчиком?

18