«Обнинский институт атомной энергетики –

Филиал Федерального автономного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Заочный факультет

Кафедра ядерной физики

Лабораторная работа №2

Тема: Исследование искусственной радиоактивности

Выполнил:

студент группы ЭиА-С12-з

Казаков Е.И.

Проверил: Гончарова И.Н.

Обнинск 2015

Цель работы: определение периода полураспада ¹¹⁶In.

Ход работы:

Рисунок 1.1 - Блок схема установки для измерения наведенной активности

1. Образец, содержащий ¹¹⁶In;

2. Счетчик излучения;

3. Свинцовый защитный контейнер для уменьшения фона;

4. Источник питания детектора;

5. Измерительное устройство;

6. Печатающее устройство

В данной работе активация образца ¹¹⁵In осуществляется нейтронами, которые замедляются в баке с водой. Активация осуществляется в реакции радиационного захвата

n + ¹¹⁵In →¹¹⁶In + γ,

которая является типичным примером так называемой резонансной реакции. Сечение этой реакции представлено на рисунке 1.2, где отчетливо виден резонанс при энергии нейтронов, равной 1,46 эВ. Большая величина этого резонанса приводит к тому, что активация, в основном обусловлена поглощением нейтронов, энергия которых в процессе замедления близка к величине 1,46 эВ.

Рисунок 1.2 – Сечение реакции n + ¹¹⁵In →¹¹⁶In + γ

После захвата нейтрона образуется неустойчивое нейтронно-избыточное ядро ¹¹⁶In, которое сдвигается с дорожки стабильности и распадается по следующей схеме:

¹¹⁶In →β^- + ν + ¹¹⁶Sn*

Образующееся в результате β-распада ядро ¹¹⁶Sn* возбуждено. Освобождение от избыточной энергии и переход в стабильное состояние ¹¹⁶Sn сопровождается γ-излучением. С громадным запасом можно считать, что γ-излучение сопровождает β-распад мгновенно. Поэтому для измерения периода полураспада можно использовать как β-, так и γ-излучение в зависимости от типа применяемого реактора.

Обычно для определения периода полураспада измеряется постоянная распада λ:

А (t) = λN(t).

Определение числа атомов, содержащихся в образце, выполняется методами химического анализа и требует продолжительного времени. Кроме того, необходимо измерение абсолютной активности образца. По этим причинам такой метод определения может быть использован, если λ очень мало, когда уменьшением N за время опыта можно пренебречь. Если λ достаточно велико, то его можно определить по формуле:

А (t) =А₀e^-λr

измеряя уменьшение активности в зависимости от времени. Весьма простой способ непосредственно определения T_1/2 заключается в измерении времени t = T_1/2, необходимого для уменьшения активно наполовину. Этот метод дает хорошие результаты, если время измерения активности Δt<<T_1/2 , а измеренное за этот промежуток времени количество ядер ΔN, испытавших распад, обеспечивает необходимую статистическую точность определения T_1/2 .

ΔN = ε∙G∙k∙A∙ Δt,

где ε – эффективность регистрации измеряемого излучения;

G – геометрический фактор, равный доле частиц, испущенных образцом и попавших в детектор;

k – среднее число частиц, которые используются для измерения, испускаемых на один акт распада.

Если во время измерений взаимное расположение счетчика и образца остается неизменным, а рабочий режим счетчика поддерживается постоянным с высокой точностью, то произведение m= ε∙G∙k не будет зависеть от времени. Следовательно, число отсчетов ΔN за время Δt будет прямо пропорционально активности образца А (t) в данный момент времени, то есть скорость счета равна

ṅ(t) = ΔN(t)/Δt = mA(t)

и будет экспоненциально уменьшаться за время опыта.

Ход работы:

Расчет дозы облучения:

t=3600 c

D_a=500 МэВ

D_b,5 = D_b/5 = 25

D_b = D_а/4 = 125

Ф_d = D_b/ D_max = 5,58∙10⁹

ф_d = Ф_d/t =155∙10⁴

r_min = (I_β/4π ф_d) = 0,02

N_ф = 15

Интервал – 60 секунд, время одной экспозиции 50 секунд, пауза 10 секунд

Таблица 1 - Таблица данных:

№	интервал	Ni	ln(Ni – Nф )	2σ (Yi)
1	2	3	4	5
1	0	4999	8.51	0,03
2	1	4850	8,48	0,03
3	2	4839	8,48	0,03
4	3	4809	8,47	0,03
5	4	4771	8,46	0,03
6	5	4697	8,45	0,03
7	6	4626	8,44	0,03
8	7	4638	8,44	0,03
9	8	4557	8,42	0,03
10	9	4482	8,40	0,03
11	10	4460	8,39	0,03
12	11	4315	8,37	0,03
13	12	4283	8,36	0,03
14	13	4291	8,36	0,03
15	14	4195	8,34	0,03
16	15	4121	8,32	0,03
17	16	4031	8,30	0,03
18	17	4017	8,29	0,03
19	18	4021	8,29	0,03
20	19	3927	8,27	0,03
21	20	3880	8,26	0,03
22	21	3918	8,27	0,03
23	22	3838	8,25	0,03
24	23	3720	8,22	0,03
25	24	3640	8,20	0,03
26	25	3709	8,21	0,03
27	26	3619	8,15	0,03
28	27	3468	8,15	0,03
Продолжение табл.1
1	2	3	4	5
29	28	3444	8,14	0,03
30	29	3535	8,17	0,03
31	30	3399	8,13	0,03
32	31	3318	8,10	0,03
33	32	3357	8,11	0,03
34	33	3313	8,10	0,03
35	34	3188	8,06	0,03-0,04
36	35	3210	8,07	0,03-0,04
37	36	3172	8,05	0,04
38	37	3100	8,03	0,04
39	38	3031	8,01	0,04
40	39	3125	8,04	0,04
41	40	3053	8,02	0,04
42	41	3058	8,02	0,04
43	42	2927	7,98	0,04
44	43	2971	7,99	0,04
45	44	2797	7,93	0,04
46	45	2721	7,90	0,04
47	46	2785	7,93	0,04
48	47	2729	7,91	0,04
49	48	2713	7,90	0,04
50	49	2634	7,87	0,04

2σ(α₁) = 0,0084

2σ(α₂) = 0

Критерий согласия= 36,71

Рисунок 1 – Графическое представление результатов измерений

Вывод: вычисленный период полураспада - практически совпал с его теоретическим значением равным 54,29 мин.

Контрольные вопросы: