2. -Распад

Изобары – ядра с одинаковым массовым числом – устойчивы при определённом соотношении межу числом протонов и числом нейтронов. Например, лёгкие ядра () с чётным числом нуклонов стабильны при равенстве числа протонов и нейтронов. В более тяжёлых ядрах нейтронов больше, чем протонов, и с ростом массового числаA доля нейтронов в стабильных ядрах возрастает.

Если ядро содержит избыток нейтронов, то один из нейтронов (n) превращается в протон (p) с выбросом электрона () и электронного антинейтрино ():

.

Это событие называется -распадом или электронным распадом. Энергетический спектр электронов в этой реакции непрерывный с резко обозначенным краем () из-за случайности распределения энергии реакции между продуктами распада.

В результате -распада заряд ядра увеличивается на единицу:

.

Если ядро содержит избыток протонов, то реакция превращения протона в нейтрон может протекать либо с выбросом позитрона () и электронного нейтрино () (-распад или позитронный распад)

.

либо путём захвата электрона из оболочки атома

.

При обоих механизмах распада происходит уменьшение заряда ядра на единицу

.

При позитронном распаде ядер энергетический спектр позитронов непрерывный с резко обозначенным краем, соответствующим максимальной энергии позитрона. При электронном захвате электронная оболочка атома после захвата электрона ядром перестраивается с испусканием рентгеновского излучения.

-распад часто происходит в возбуждённое состояние дочернего ядра и поэтому сопровождается -излучением.

3. Ослабление излучения

В настоящей работе в качестве источника -излучения используются соли калия. Калий содержит в небольшой концентрации (0,012%) долгоживущий изотоп , который распадается по двум основным каналам:-распад в изотоп Ca (89%) и электронный захват с образованием изотопа Ar (11%). В скобках указана вероятность распада по данному каналу. Энергетический спектр электронов непрерывный с чётко обозначенным краем ().

Проникновение заряженных частиц в вещество сопровождается тормозным излучением и взаимодействием с атомами и молекулами вещества (ионизация и возбуждение атомов и молекул, упругое рассеяние на нейтральных и заряженных атомах и молекулах). Характер движения заряженной частицы в веществе зависит от массы и энергии частицы. Например, изменение числа частиц с глубиной проникновения их в вещество не одинаково для моноэнергетического пучка -частиц и для пучка -частиц со сплошным энергетическим спектром. На рисунке 11.1 изображены зависимости отношения плотности потока-частиц (кривая ) и-частиц (кривая ), прошедших через слой ослабляющего вещества толщинойx, к начальной плотности потока частиц. Поскольку -частица в каждом акте взаимодействия с атомными электронами теряет малую долю своей энергии, моноэнергетический пучок частиц, проходя через вещество, практически не меняет интенсивность вплоть до конца пробега. Наблюдается лишь небольшой (1-2 %) разброс длин пробега относительно средней длины пробега.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомьтесь с устройством пульта управления прибором РКСБ-104 «Радиан» (рисунок 11.2а). На обратной стороне прибора под крышкой-фильтром расположены движки кодового переключателя. Положение верхних четырёх движков зависит от измеряемой физической величины (рисунок 11.2б).

2. Переведите тумблер «2» в верхнее положение «РАБ», а тумблер «3» – в нижнее положение «0,001».

3. Положите прибор на кювету с исследуемым веществом, поместив его в половину футляра от прибора.

4. Включите прибор тумблером «1», установив его в положение «ВКЛ». Через интервал времени, примерно равный 180 с после включения, прибор выдаёт прерывистый звуковой сигнал, а в правом нижнем углу табло индикатора появляется символ F и отображается 4-х разрядное число, значащая часть которого соответствует внешнему радиационному фону -излучения. Запишите показания прибора в таблицу 11.1. Выключите прибор, установив тумблер «1» в положение «ВЫКЛ». Повторите измерение фонового излучения 3 раза. Вычислите среднее значение фонового излучения . Это и естьрезультат измерения фонового излучения. Занесите его в таблицу 11.1.

Таблица 11.1. Внешний радиационный фон γ-излучения и плотность потока β-частиц

1
2
3
Среднее:

5. Снимите заднюю крышку-фильтр «4» и поместите прибор над исследуемой поверхностью на расстоянии не более 1 см. Выполните измерение потока b-излучения с поверхности образца подобно тому, как вы ранее измеряли фоновое излучение.

6. Введите последовательно одну, две и т.д. картонки одинаковой толщины , которые служат ослабителями-излучения. После каждого изменения толщины ослабителя измеряйте поток проходящего  -излучения. Занесите полученные результаты в таблицу 11.1.

7. Вычислите величину плотности потока  -излучения с поверхности поглотителя после прохождения излучения через n картонок для по формуле:

,

где – плотности потока-излучения с поверхности поглотителя после прохождения излучения через n картонок в частицах в секунду с квадратного сантиметра; – показание прибора со снятой крышкой; – показание прибора, соответствующие внешнему радиационному излучению; k – коэффициент, равный при нижнем положении переключателя «3».

Полученные результаты занести в таблицу 11.2.

Таблица 11.2. Средняя плотность потока -излучения после прохожденияn картонок в частиц/сּсм²

n
0
1
2
3

Построить график зависимости отn. Экспериментальные точки на этом графике расположены близко к прямой, уравнение которой

,

Расчёт параметров и этого уравнения выполняется методом наименьших квадратов. Такое поведение функции соответствует экспоненциальному уменьшению потока излучения при увеличении толщины поглощающего слоя:

,

где – коэффициент ослабления-излучения, ;d – толщина поглощающего слоя; – число поглощающих слоёв толщиной.

Средняя длина пробега -частиц вычисляется по формуле .

Ослабление пучка -частиц зависит только от отношения массы поглотителяm к площади поперечного сечения пучка S. Введём массовый коэффициент ослабления ,. Формулу перепишем в виде:

.

Сравнивая формулы и , имеем , т.е. массовый коэффициент ослабления вычисляется по следующей формуле:

,

где m – масса картонки; S – площадь картонки. Результаты расчётов занести в таблицу 11.3.

Таблица 11.3. Коэффициент ослабления -излучения картоном k, массовый коэффициент ослабления  -излучения и средняя длина пробега -частиц в картоне

m, г	S,	, мм		k,	, мм	,