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 № 10 определение коэффициента поглощения - лучей

Цель работы: изучения взаимодействия - излучения с веществом.

Задачи работы: определить коэффициенты поглощения - лучей в свинце, железе и алюминии.

Приборы и принадлежности: свинцовый домик с источником - излучения, пересчетный прибор ПП-16, счетчик Гейгера, набор свинцовых, железных и алюминиевых пластин, секундомер.

Теоретическое введение

Гамма–лучи были открыты в 1900 г. при изучении естественной радиоактивности. Но только в 1914 году, исследовав дифракцию - излучения на кристаллах, Резерфорд показал, что оно представляет собой электромагнитное излучение.

- излучение – это поток фотонов, энергия и импульс которых определяется из соотношений и , где - постоянная Планка, а - частота излучения. Обычно - излучение сопровождает или - распад ядер. - лучи, испускаемые ядрами при радиоактивных превращениях, имеют обычно энергию от 10 кэВ до 5 МэВ. Гамма – кванты больших энергий возникают при распадах элементарных частиц.

Гамма – излучение обладает большой проникающей способностью.

На большой проникающей способности - лучей основана гамма – дефектоскопия – метод обнаружения дефектов в изделиях путем просвечивания их - лучами, широко применяемый в промышленности и строительстве. Различные повреждения в объектах обнаруживаются по различной интенсивности - излучения, прошедшего через исследуемые тела. В зависимости от состава, толщины, плотности и других свойств просвечиваемого изделия будет изменяться интенсивность - лучей. Таким методом определяют местоположение, размеры и формы дефектов.

При прохождении излучения через вещество происходит ослабление интенсивности - квантов, что является результатом из взаимодействия с атомами вещества. Основные процессы, происходящие при взаимодействии - лучей с веществом: фотоэффект, комптон – эффект и рождение пар электрон – позитрон.

При фотоэффекте -квант поглощается одним из электронов атома, и электрон выбрасывается за пределы атома. Кинетическая энергия Е выбитого с - оболочки электрона рассчитывается с помощью соотношения Эйнштейна:

,

где - энергия - кванта;

- энергия связи электрона на - оболочке.

Освободившееся место заполняется затем электронами с вышележащих оболочек. При таком переходе возникает характеристическое рентгеновское излучение.

Вероятность фотоэффекта сложным образом зависит от энергии - лучей и заряда ядер: она прямо пропорциональна ( - атомный номер) и быстро убывает с увеличением энергии - фотона. Таким образом, фотоэффект преобладает в области малых энергий - квантов ( кэВ) и у тяжелых элементов. Поэтому для защиты необходимо иметь экраны из элементов с большим , например, свинец.

Комптоновским рассеянием (комптон – эффектом) называется упругое столкновение - кванта с электроном. В результате комптон – эффекта вместо первичного фотона с энергией появляется рассеянный фотон с энергией , а электрон, на котором произошло рассеяние, приобретает кинетическую энергию .

Изменение длины волны при комптоновском рассеянии определяется формулой Комптона:

,

где и - длина волны рассеянного и первичного излучения;

- комптоновская длина волны;

- угол рассеяния.

Вероятность компоновского рассеяния пропорциональна числу электронов в атоме, т.е. . Она убывает с ростом энергии - кванта, но значительно медленнее, чем при фотоэффекте.

Если энергия - кванта превышает ( МэВ), становится возможным процесс образования пары, состоящей из электрона и позитрона, в электрическом поле ядра. Вероятность этого процесса пропорциональна и увеличивается с ростом энергии - фотона . Поэтому при МэВ основным процессом поглощения - излучения в любом веществе оказывается образование пар электрон – позитрон.

Рассмотрим параллельный пучок - квантов, падающий на вещество.

Прохождение - излучения через вещество сопровождается поглощением его атомами вещества. Падение интенсивности - излучения определяется законом:

, (1)

где - интенсивность - излучения в отсутствие поглощающего вещества (х = 0);

- интенсивность - излучения, прошедшего слой вещества;

х – толщина поглощающего слоя;

- коэффициент поглощения; который показывает, на какой толщине х поглотителя интенсивность падающего пучка - излучения ослабляется в е раз;

е – основание натурального логарифма.

Интенсивность излучения пропорциональна скорости счета импульсов N, поэтому уравнение (1) можно переписать в виде:

, (2)

где - число частиц зарегистрированных счетчиком в единицу времени без поглотителя;

- число частиц, зарегистрированных счетчиком в единицу времени после прохождения через слой поглотителя толщиной х.

Из уравнения (2) найдем коэффициент поглощения :

(3)

При вычислении и из показаний счетчика следует вычесть фон, который обусловлен посторонними частицами: космическим излучением, - квантами от соседних источников и. д.

Поглощение - лучей следует определять при разных толщинах пластин. Затем нужно построить график зависимости от толщины слоя х поглотителя. Коэффициент поглощения найти графически как тангенс угла наклона графика к оси абсцисс.