1) Что называется периодом полураспада?

Период полураспада T_1/2—время, за которое исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое.

2) Какие ядра называются радиоактивными?

Ядра испытывающие самопроизвольное, спонтанное изменение свойств со временем называются радиоактивными.

3) Что называется Активацией?

Ядерная реакция, в процессе которой происходит преобразование стабильных ядер и частиц

4) Физический смысл области устойчивости стабильности ядер и способы распада нестабильных ядер, лежащих выше и ниже области устойчивости.

В области протонно-нейтронной диаграмме называемой дорожкой стабильности, где располагаются легкие (до Z < 20) β-стабильные нуклиды. Они содержат примерно равное число протонов и нейтронов. При росте массового числа А относительная доля нейтронов возрастает. Что объясняется действием кулоновских сил отталкивания протонов в ядре. Не существуют стабильных нуклидов с Z > 84, A > 210. К основным видам распада относятся: α-распад, β-распад, спонтанное деление тяжелых ядер, испускание запаздывающих нейтронов и протонов.

5) Закономерности радиоактивного распада, физический смысл λ, τ, t1/2, и выражения, их связывающие.

λ-постоянная распада - единственная статичная величина характеризующая радиоактивный распад.

вероятность ядру испытать радиоактивный распад

вероятность ядру не испытать радиоактивный распад

- среднее время жизни ядра

- число не распавшихся ядер к моменту времени t

- число распавшихся ядер к моменту времени t

- закон радиоактивного распада

- скорость радиоактивных превращений или активность

Физический смысл:

(постоянная распада) - это вероятность распада ядра в единицу времени.

(среднее время жизни) - это математическое ожидание времени жизни отдельного ядра.

T_1/2 (период полураспада) - это время, за которое первоначальное число ядер данного нуклида должно уменьшиться в два раза.

Выражения связи :

; .

6) Дать определение периода полураспада и показать методику определения t1/2 по результатам измерений уменьшения активности образца во времени.

Период полураспада T_1/2—время, за которое исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое.

7) Закон накопления числа радиоактивных ядер при активации.

«Обнинский институт атомной энергетики –

филиал Федерального автономного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Заочный факультет

Кафедра ядерной физики

Лабораторная работа №3

Тема: Изучение распределения пробегов α-частиц и определение энергии α-частиц

Выполнил:

студент группы ЭиА-С12-з

Казаков Е.И.

Проверил: Гончарова И.Н.

Обнинск 2015

Цель работы: изучение распределения пробегов α-частиц и определение энергии α-частиц.

Ход работы:

Ядра изотопа гелия называются α-частицами. α-частицы образуются при радиоактивном распаде тяжелых ядер, а также могут быть получены на ускорителях заряженных частиц. Ядро гелия содержит два протона и два нейтрона и является примером дважды магического ядра, удельная энергия связи которого является аномально высокой для ядер в начале таблицы Менделеева и составляет 7,03 МэВ на один нуклон. Масса α-частицы равна 4,00273 а.е.м, спин и дипольный магнитный момент равны 0. Квадрупольный электрический момент α-частицы также равен нулю, что свидетельствует о сферической форме ядра.

α-частица относится к разряду тяжелых заряженных частиц. Тяжелыми заряженными частицами принято называть частицы, масса которых в несколько тысяч раз превышает массу электрона.

При изучении пробегов α-частиц обычно пользуются тонкими радиоактивными источниками. Источник считается тонким, если α-частицы, образовавшиеся во внутренних слоях источника, проходят через материал источника, не изменяя практически своей энергии. Для выполнения данной работы применяется тонкий источник α-частиц.

Схема измерительно устройства приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема измерительного устройства

1 – источник α-частиц;

2 – коллиматор;

3 – полупроводниковый детектор;

4 – светонепроницаемый корпус

Детектор может перемещаться с помощью верньерного устройства в пределах [x₀, x_m]. Величина x₀ определяется, в основном, размером коллиматора, а х_т – величиной максимального пробега α-частиц.

N_ф =14

Время экспозиции 60 секунд

Таблица 1 – Таблица данных.

N		Расстояние	Ni	Ni-Nф	2δ
1	0	26	4280	4265	130,61
2	1	27	4208	4193	129,51
3	2	28	4176	4161	129,01
4	4	30	4187	4172	129,18
5	6	32	3979	3964	125,92
6	7	33	4077	4062	127,47
7	8	34	4143	4128	128,50
8	8,1	34,1	4146	4131	128,55
9	8,2	34,2	4104	4089	127,89
10	8,3	34,3	3927	3912	125,09
11	8,4	34,4	3914	3899	124,88
12	8,5	34,5	3736	3721	122,00
13	8,6	34,6	3579	3564	119,40
14	8,7	34,7	3311	3296	114,82
15	8,8	34,8	3200	3185	112,87
16	8,9	34,9	2776	2761	105,09
17	9	35	2374	2359	97,14
18	9,1	35,1	2046	2031	90,13
19	9,2	35,2	1680	1665	81,61
20	9,3	35,3	1273	1258	70,94
21	9,4	35,4	1038	1023	63,97
22	9,5	35,5	867	852	58,38
23	9,6	35,6	714	699	52,88
24	9,7	35,7	561	546	46,73
25	9,8	35,8	480	465	43,13
26	9,9	35,9	383	368	38,37
27	10	36	349	334	36,55
28	11	37	353	338	36,77
29	12	38	330	315	35,50
30	13	39	150	135	23,24
31	14	40	17	2	2,83
32	20	46	15	0	0,00

Здесь-количество фоновых отсчетов в точкеза время измерения- число отсчетов в точке, обусловленных только исследуемымизлучением ;- среднеквадратичная погрешность числа отсчетов. На рисунке 2 представлен график зависимостиN_n(х).

Рисунок 2 - График зависимости N_n(х).

Кинетическая энергия α-частиц, испускаемых источником , определяется по формуле:

, МэВ

где R_a = - оценка пробегов α-частиц в воздухе при нормальных условиях.

Находим оценку средней величины пробега -частиц в воздухе:

МэВ

Посчитаем погрешность для ΔT_а :

Вывод:В данной лабораторной работе мы изучили распределения пробегов -частиц и научились пределять энергии -частиц: T_=(4,9+0,3) МэВ.Графически представили энергетический спектр -частиц, нашли оценку средней величиныпробега -частиц: R₀=34,5 мм.

Контрольные вопросы.

1) Что показывают кривые интегрального и дифференциального распределений α-частиц?

Интегральная кривая показывает зависимость числа - частиц, зарегистрированных в единицу времени в фиксированном телесном угле и прошедших определенный слой вещества. Дифференциальная кривая показывает среднюю величину пробега, являющуюся координатой максимума кривой.

2) Определение тонкого и толстого α-источника.

Источник считается тонким, если - частицы, образовавшиеся во внутренних слоях источника, проходят через материал источника, не изменяя практически своей энергии, т.е.

;в противном случае, если , источник считается толстым

3) Виды потерь энергии α-частиц при прохождении через вещество и их вклад при различных энергиях α-частиц.

Тяжелые заряженные частицы при движении в веществе передают свою энергию, главным образом, электронам атомных оболочек посредством кулоновских сил, производя возбуждение и ионизацию атомов и молекул, а также диссоциацию молекул вещества. Неупругие потери энергии такого рода называются ионизационными. Возможны и кулоновские взаимодействия с ядрами атомов вещества, но такие взаимодействия маловероятны.

4) Чем объяснить прямолинейный путь α-частиц в воздухе?

Процесс сброса энергии быстрой и тяжелой заряженной частиц происходит малыми порциями , т.е. фактически непрерывно. Сама же быстрая частица при столкновении с отдельным электроном мало отклоняется от своего пути из-за ее большой массы (сравнительно с массой электрона). К тому же и эти малые отклонения компенсируют друг друга при огромном числе случайно ориентированных столкновений. Поэтому траектория тяжелой заряженной частицы в веществе практически прямолинейна.

5) Как изменяются (начертить) интегральная и дифференциальная кривые при изменении давления воздуха в объеме между источником и детектором для тонкого α-источника?

При повышении давления дифференциальная кривая «сжимается».

6) Как объяснить разброс длин пробегов для монохроматических α- частиц?

Разброс длин пробегов – страгглинг, - объясняется флуктуациями числа атомов на пути частицы и перезарядкой частиц при их движении.

7) Оценить естественную ширину распределения α-частиц по длинам пробега?

В энергетических α-спектрах радиоактивных нуклидов часто наблюдается тонкая структура, т.к. α-спектры зачастую состоят из дискретных линий, соответствующих α-распаду на различные состояния дочерних ядер.

8) Оценить средние потери энергии α-частиц в источнике?

Некоторая ассиметрия экспериментальных распределений – затянутая низкоэнергетическая часть – связана с тем, что из-за конечного телесного угла коллиматора часть α-частиц попадают в детектор под углом к линии кратчайшего расстояния между источником и детектором, проходят большой путь и, следовательно, теряют большую энергию. Кроме того. α-частицы могут потерять часть своей энергии на краях коллиматора. Наконец, часть α-переходов происходит на возбужденные состояния конечных ядер, что также вносит вклад в ассиметрию пиков.