МИНОБРНАУКИ РОССИИ
«ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»)
Физический факультет
Кафедра физики
отчет
по лабораторной работе №1
Тема: Взаимодействие излучений с веществом
ВЫПОЛНИЛ СТУДЕНТ |
|||
|
|||
Агеев А.А. |
|||
|
|||
Академическая группа |
ФФ-304 |
Курс |
3 |
|
|||
(подпись)
« » 2024г. |
|||
|
|||
ПРОВЕРИЛ |
|||
|
|||
Воронин Д.С. |
|||
|
|||
|
|||
ОЦЕНКА: |
|||
|
|||
|
|||
(подпись)
« » 2024г. |
|||
Челябинск
2025
Цель работы: показать различие в проникающей способности альфа-, бета-, гамма-излучений и нейтронов. А также провести измерение максимальной энергии альфа-, бета-, гамма-излучений.
Общие сведения.
Взаимодействие заряженных частиц с веществом:
Заряженные частицы, двигаясь в веществе с достаточно большой скоростью, воздействует на атомы вещества, выбивая из них электроны (ионизация) или переводя атомы в возбужденное состояние. При этом энергия заряженной частицы уменьшается. Характеристикой потерь энергии заряженной частицы является величина dE/dx, называемая удельной потерей энергии.
Она равна изменению энергии частицы, приходящейся на единицу длины ее пути в веществе, и измеряется в Мэв/(гр/см2 ). Величина удельной потери энергии частицы зависит в основном от скорости частицы и величины ее заряда:
Здесь Z - заряд движущейся частицы, ν - ее скорость, ne - число электронов в 1 см3 тормозящей среды.
Взаимодействие гамма-излучения с веществом:
γ-Излучение представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение. Оно испускается возбужденными атомными ядрами при аннигиляции позитронов, при торможении электронов и при радиационных распадах некоторых элементарных частиц (0 -мезонов, 0 - мезонов и др.). γ-Излучение, испускаемое возбужденными ядрами, в отличие от тормозного излучения, является моноэнергетическим. При взаимодействии γ-излучения с веществом возможны три основных процесса: фотоэлектрическое поглощение (фотоэффект), комптоновское рассеяние и образование электронно-позитронных пар. При фотоэлектрическом поглощении γ-кванта вся его энергия идет на вырывание одного электрона с одной из оболочек атома - ионизацию. Выбитый электрон, который часто называют фотоэлектроном, приобретает кинетическую энергию Е = Еγ – Ii где Еγ– энергия γ-кванта, а Ii- ионизационный потенциал соответствующей оболочки атома.
Комптоновское рассеяние γ-лучей является процессом, котором γ-квант передает только часть своей энергии электрону. В результате рассеяния γ-квант и электрон изменяют направление движения и энергию. Этот электрон обычно называют электроном отдачи. На рис.1.5 показана диаграмма импульсов комптон-эффекте. Закон сохранения энергии для этого процесса записывается в виде Еγ = Еγ ' + Ее, где Еγ и Еγ ' - энергии γ-кванта до и после рассеяния. Ее – кинетическая энергия электрона отдачи.
Процесс образования электрон-позитронных пар происходит при взаимодействии γ-кванта с кулоновским полем атомного ядра. При этом происходит поглощение γ-кванта, сопровождающееся образованием электрона и позитрона. Закон сохранения энергии требует, чтобы при этом энергия γ-кванта была больше, чем масса электрона и позитрона.
Взаимодействие нейтронов с веществом:
Нейроны лишены электрического разряда, поэтому они взаимодействуют с веществом только с помощью ядерных сил. Приближаясь к ядру на расстояния, при которых начинается ядерное взаимодействие (10-13см), нейроны поглощаются ядрами. При этом ядро переходит в возбужденное состояние. Возбужденное ядро может вернуться в основное состояние, испуская либо нейтрон, либо другие частицы или кванты. Если испускается нейтрон, такой процесс называется рассеянием нейтрона. Рассеяние может быть упругим и не упругим. Если после испускания нейтрона ядро осталось в основном состоянии, рассеяние называют упругим. Если же ядро, испустив нейтрон, остается в возбужденном состоянии, рассеяние называют неупругим.