Цель работы: исследование поглощения видимого света, рентгеновского и - излучения.

Краткое теоретическое обоснование:

Видимый свет, рентгеновское и - излучения являются электромагнитными волнами, отличаются частотой и энергией фотонов. Спектр электромагнитных волн с указанием частот, длин волн и энергии фотонов (квантов электромагнит­ного поля) дан на рис.1.

Частота, Гц 1023 1022 1021 1020 1019 1018 1017 1016 1015 1014 1013 1012 1011 1010 109 108 107 106 105 104 103

Длина волн, М

Рис.1. Спектр электромагнитных волн.

Источники видимого света, рентгеновского и - излучения различны, например: 1) видимый свет испускается возбужденными атомами при переходе электронов во внешних атомов; 2) характерное рентгеновское излучение возни­кает в результате перестройки внутренних оболочек возбужденных атомов (возбуждение возникает при удалении электрона из внутренних оболочек атома); 3) - излучение сопровождает процессы перестройки внутри ядер и связано с выделением избытка энергии.

Электромагнитные волны разных частот обладают различными свойст­вами, в частности, неодинаковой способностью проходить через вещество. Имея общую природу, видимый 2 свет, рентгеновское и - излучение распро­страняются в вакууме со скоростью света; их фотоны имеют массу покоя, рав­ную 0, волны могут быть представлены в виде магнитной и электромагнитной составляющей, которые с вектором скорости образуют тройку взаимно перпен­дикулярных векторов и т. д. Как показывает опыт, поглощение веществом элек­тромагнитного излучения (любой частоты) подчиняется экспоненциальному за­кону Бугера – Ламберта – Бера.

Для выяснения количественной характеристики процесса поглощения рассмотрим его идеализированную схему (рис.2.)

Б

dx

Интенсивность Толщина х Интенсивность

излучения I₀ излучения I

удем рассматривать излучение в виде потока фотонов.

Когда падающий коллимированный (параллельный) пучок монохромами-

ческого излучения интенсивностью I₀ проходит через тонкий слой погло­щаю­щего вещества толщиной dx, то некоторые из фотонов погло­щаются, что приводит к снижению интенсив­ности пучка.

Рис.2. Поглощение электромагнитного

Излучения веществом.

Очевидно, что поглощенный поток пропорционален I₀ и dx, т.е. он равен _лI₀dx, где _л – коэффициент пропорциональности, называемый линейным коэффициентом поглощения. Уменьшение интенсивности пучка dI равно

dI = - _л I₀ dx. (1)

_л показывает относительную долю уменьшения интенсивности проходящего потока единицей толщины вещества

_л = - (2)

Запишем выражение (I) в виде dI/I₀ = - _л dx, интегрирование которого дает закон поглощения:

,

или, потенцируя, получаем

I = I₀ е^{-л х} ,

где I₀ – интенсивность падающего пучка; I – интенсивность пучка, проходящего через поглотитель толщиной х.

ЗАДАНИЕ 3. Поглощение рентгеновского излучения веществом.

Широко применяемое в технике рентгеновское излучение представляет собой кванты электромагнитного излучения ос энергиями 1 – 150 кэВ. По значениям энергии квантов рентгеновское излучение занимает промежуточное место между - излучением и видимым светом. Поглощение рентгеновского излучения веществом имеет много общего как с поглощением видимого света, так и с поглощением - излучения. Рентгеновское излучение, как правило, имеет сложный спектр, включающий сплошную часть и отдельные узкие пики.

При прохождении сквозь медную пластинку рентгеновское излучение вольфрама фильтруется и становится практически монохроматическим. Медь поглощает длинноволновое рентгеновское излучение и пропускает коротковолновое. При помощи двух отверстий в свинцовых экранах из излучения, прошедшего через медный фильтр, вырезается параллельный пучок (коллимированный). Такой пучок рентгеновского излучения используется в данном исследовании. Поглощение рентгеновского излучения веществом описывается соотношением (3). Рентгеновские кванты имеют более высокую проникающую способность, чем квант света, но меньшую, чем - кванты. Для рентгеновского излучения вводят _л и _m.

Поглощение квантов рентгеновского излучения происходит в результате единичных актов их взаимодействия с атомами вещества, и проявляются в уменьшении интенсивности пучка излучения по мере увеличения толщины слоя поглотителя. Механизмы актов взаимодействия атомов с квантами видимого света присущи и рентгеновскому излучению.

Цель работы – проверить закон Бугера – Ламберта – Бэра для поглощения рентгеновского излучения, определить коэффициент массового поглощения, толщину слоя половинного поглощения и энергию падающего на поглотитель рентгеновского излучения.

В задании используется: счетная установка с детектором рентгеновского излучения, весы, штангенциркуль, поглотитель – набор дисков из алюминия, железа, пластиков, свинца; источник рентгеновского излучения.

Формулы:

I_i = I_фi - I_ф E_p = E

_л = _л E_p – энергия квантов рентгеновского излучения;

_л = f() Е - энергия - квантов;

_m = f() (х_1/2) и (х_1/2) - толщины слоев половинного поглощения соответственно для рентгеновского и - излучений данным материалом. Е =0,5 МэВ

Рис.3. Схема опыта для излучения рентгеновского излучения.

материал	Х, мм	I. 1/с	Iср-Iф	Ln(Io-Iф)/(Ii-Iф)	µл	∆µ	(∆µ)^2
Винипласт
Тектолит
Алюминий
Жесть

T=

Io=

Iф=

САНКТ – ПЕТЕРБУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

КАФЕДРА ФИЗИКИ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №340/3

«Прохождение электромагнитного

излучения через вещество»

ВЫПОЛНИЛ :

ГРУППА :

ПРОВЕРИЛ :

Санкт – Петербург

2002г