Лабораторна робота № 103 визначення коефіцієнта поглинання

β-ПРОМЕНІВ

Мета роботи: ознайомлення із природою та властивостями β-випромінювання і визначення коефіцієнта поглинання.

Прилади: лічильник Гейгера-Мюллера, джерело високої напруги, джерело β-випромінювання, металеві пластинки, штангенциркуль, секундомір.

Теоретичні відомості

Явище β-розпаду полягає в тому, що ядро самовільно випускає електрон. Енергетичний спектр β-електронів є неперервний. Вони випускаються з різними початковими енергіями, розподіленими по статистичному закону від найменших значень до максимальних (рис.103.1). Це ставить перед нами два питання:

як виникають β-електрони ядерного походження?
чому на відміну відα-частинок, які мають дискретний спектр енергій, β-електрони виносять з собою енергії, які відрізняються від різниці дискретних енергетичних рівнів ядра?

Теорія будови ядер заперечує присутність електронів всередині ядра. Доказано, що виникнення β-електрона завжди супроводжує перетворення нейтрона в протон. Бета-розпад - процес внутрінуклонний. Друге питання з квантово-механічної точки зору здавалося важчим. Оскільки при вимірюванні β-частинки ядро переходить із квантового стану в інший цілком визначений квантовий стан, то здавалося, що енергії випромінюваних електронів повинні мати значення, рівні різниці енергій квантових станів ядра.

Паулі висунув гіпотезу, а Фермі розробив теорію, що одночасно із випусканням β-електрона випромінюється ще одна частинка, яка виносить «залишки» енергії квантового переходу ядра. Ця частинка одержала назву антинейтрино. Вона не має електричного заряду і маси спокою. Схема β-розпаду має вигляд:

. (103.1)

Крім розглянутого β-розпаду спостерігається ще β⁺-розпад, або позитронний розпад, при якому протон перетворюється в нейтрон із викиданням позитрона і нейтрино:

. (103.2)

Ядро одночасно випускає електрон і антинейтрино, то зрозуміло, що енергія, яка відповідає різниці енергій стаціонарних станів ядра розподіляється довільно між двома викинутими частинками. Цим пояснюється неперервний спектр ядерного β^¯ і β⁺ випромінювань. До β-розпадних явищ входить електронне захоплення (К-захоплення), при якому ядро поглинає один із електронів атомної оболонки, випускаючи нейтрино. При цьому, як і при позитронному розпаді, один із протонів перетворюється в нейтрон.

. (103.3)

При русі в речовині β-частинки втрачають свою енергію поступово. Втрата енергії на іонізацію збільшується по мірі зменшення швидкості β-частинки. β-випромінювання при максимальній енергії частинок 2МеВ затримується шаром повітря 8м, води - 1см, алюмінію - 3мм, свннцю-1мм.

Вивід робочої формули. Внаслідок статистичного розподілу енергій β-частинок їх поглинання визначається експоненціальним законом:

. (103.4)

де І₀– інтенсивність променів до поглинання, І - інтенсивність променів після проходження шару речовини товщиною х, k –коефіцієнт поглинання, який являє собою величину обернену до товщини шару, при якій інтенсивність зменшується в е разів:

при ;. (103.5)