Порядок выполнения работы

1. Включить установку и дать ей прогреться в течение 10 минут.

2. Определить фон счетчика, для чего в течение = 10 мин в отсутствие радиоактивного препарата измерить число фотонов, зарегистрированных счетчиком. Определить. Опыт повторить три раза.

3. Установить свинцовый домик с радиоактивным изотопом в гнездо держателя.

4. Замерить число фотонов N, зарегистрированных счетчиком в течение t = 10 минут при расстояниях = 0,3 м,= 0,6 м,= 0,9 м.

5. По формуле найти число фотонов,,, зарегистрированных в единицу времени на расстояниях,,.

6. Данные эксперимента занести в таблицу и рассчитать по формуле (9) эффективность счетчика.

Значения ,,указаны на установке.

Таблица

№ опыта		t, с	,	, м	N	,	, м	, м	,
1
2
3
4
5
6
Ср. знач.

Контрольные вопросы

1. Перечислите, какие Вам известны методы регистрации заряженных частиц.

2. Устройство и работа счетчика Гейгера – Мюллера. Его преимущества и недостатки.

3. Что называется эффективностью счетчика?

4. От чего зависит эффективность счетчика?

5. Выведите формулу для расчета эффективности счетчика.

6. Что такое радиоактивный фон ?

Литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики, т. 3.

2. Шубин А.С. Курс общей физики.

3. Грабовский Р.И. Курс физики.

4. Яворский Б.М. и др Курс физики, т. 3.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ И ДЛИНЫ СВОБОДНОГО

ПРОБЕГА - ЧАСТИЦЫ

Цель работы: ознакомиться с одним из видов радиоактивного распада - распадом.

Задачи работы: 1.определить длину свободного пробега -частицы в воздухе;

2. рассчитать энергию - частицы.

Приборы и принадлежности: установка типа “Тисс”, радиоактивный изотоп (источник - частиц), сцинтилляционный счетчик, секундомер.

Теоретическое введение

Радиоактивность – это самопроизвольное превращение одних атомных ядер в другие, сопровождающееся испусканием элементарных частиц. Открытие радиоактивности датируется 1896 г, когда французский физик А. Беккерель обнаружил испускание ураном неизвестного проникающего излучения, названного им радиоактивным. Радиоактивность, наблюдающаяся у изотопов, существующих а природных условиях, называется естественной. Радиоактивность ядер, полученных посредством ядерных реакций, называется искусственной.

К числу основных радиоактивных превращений относятся:

1. - распад (альфа – распад);

2. все виды - распада (с испусканием электрона, позитрона или с к – захватом);

3. спонтанное деление тяжелых ядер;

4. протонная радиоактивность.

Для каждого радиоактивного ядра имеется определенная вероятность того, что оно испытает превращение в единицу времени. Количество ядер , распадающихся за время , пропорционально как числу имеющихся ядер , так и промежутку времени :

, (1)

где - постоянная распада (константа, характерная для радиоактивного вещества).

.

Интегрируя это выражение, получим

При , тогда или .

Переходя к показательной функции, получаем закон радиоактивного распада:

, (2)

где - количество ядер в начальный момент времени ;

- количество нераспавшихся ядер в момент времени ;

- основание натуральных логарифмов (=2,7).

Постоянная распада связана со средним временем жизни радиоактивного изотопа соотношением:

.

Тогда закон радиоактивного распада можно записать:

.

Если , то , т.е. среднее время жизни радиоактивного изотопа равно времени, за которое число ядер уменьшается в раз.

Время, за которое распадается половина первоначального количества ядер, называется периодом полураспада Т.

Найдем его, используя закон радиоактивного распада (2):

; .

Логарифмируя, получим .

Отсюда . (3)

Период полураспада для известных радиоактивных ядер находится в пределах от с до лет.

Альфа–распад – это распад атомных ядер, сопровождающийся испусканием - частиц. - частица состоит из двух протонов и двух нейтронов, связанных между собой ядерными силами. - распад протекает по следующей схеме:

,

где X – химический символ распадающегося ядра;

Y – химический символ образующегося ядра;

- - частица (ядро гелия).

Заряд - частицы , где - элементарный заряд. Спин и магнитный момент равны нулю. Энергия связи - частицы составляет 28,32 МэВ.

- частица возникает в момент радиоактивного распада ядра. Скорости, с которыми - частицы вылетают из распавшегося ядра, порядка , кинетическая энергия порядка нескольких МэВ.

Пролетая через вещество, - частица постепенно теряет свою энергию, затрачивая ее на ионизацию молекул вещества, и затормаживается, приобретая тепловую скорость молекул окружающей среды. Если - частица захватывает два электрона, то она превращается в нейтральный атом гелия. Расстояние R, которое пролетает - частица до превращения в атом гелия, называется длиной свободного пробега.

Чем больше плотность вещества, тем меньше длина свободного пробега - частиц. В воздухе при нормальном давлении длина свободного пробега составляет несколько десятков микрон (- частицы полностью задерживаются обычным листом бумаги).

- частицы, испускаемые различными ядрами, имеют различные энергии, а следовательно, и различные длины свободного пробега.

Энергия - частиц, испускаемых ядрами данного радиоактивного элемента, одинакова. Существуют несколько экспериментальных методов определения энергии - частиц и, следовательно, средней длины свободного пробега:

1. по числу электронно-ионных пар, создаваемых - частицей в ионизационной камере;

2. по анализу траектории - частицы в магнитном поле камеры Вильсона;

3. по средней длине свободного пробега - частицы в веществе.

В данной работе используется последний метод определения энергии - частицы по длине свободного пробега - частицы в веществе (воздухе).

Между длиной свободного пробега R и энергией Е - частицы существует приближенная зависимость, выраженная эмпирической формулой Гейгера:

, (4)

где R выражается в см, а Е – в МэВ. Измерив экспериментально длину свободного пробега R - частицы, можно рассчитать ее энергию:

(5)