- •Мета і завдання роботи
- •3.Теоретичні відомості.
- •3.1. Схеми розпаду активних ядер
- •Метод збігів.
- •4. Опис експериментальної установки.
- •5. Завдання по роботі та методика проведення вимірювань.
- •5.1.1 Метод підрахунку випадкових збігів.
- •5.1.2 Метод затриманих самозбігів.
- •5.2 Дослідження схеми розпаду ядра 60Со на наявність каскадного випромінювання.
- •7.Література.
Фізпрактикум з загального курсу
“ФІЗИКА ЯДРА І ЕЛЕМЕНТАРНИХ ЧАСТИНОК”
Лабораторна робота № 9
ВИВЧЕННЯ СХЕМИ ГАММА-ПЕРЕХОДІВ ЯДРА 60Со МЕТОДОМ ЗБІГІВ
ПРАВИЛА РОБОТИ З РАДІОАКТИВНИМИ ДЖЕРЕЛАМИ ТА ВИСОКОВОЛЬТНИМ ОБЛАДНАННЯМ:
Радіоактивні джерела для роботи видаються студентам тільки на час проведення дослідів під розписку, про що робиться відмітка у спеціальному журналі. Студенти несуть особисту відповідальність за збереження і правильне використання радіоактивного джерела. У роботі використовуються взірцеві гамма–джерела з набору типу ОСГИ. На поверхні захисту джерела контрольний рівень випромінювання не перевищує 5–10 мкР/с. Джерела не можна брати руками за центральну частину – „активну пляму”. Не можна торкатися „активної плями” гострими предметами. На сцинтиляційні детектори–спектрометри подається робоча напруга 800-1500 В.
Можливі аварійні ситуації: розгерметизація джерела, виникнення пожежі, пошкодження заземлення, пошкодження ізоляції проводів.
Категорично заборонено: відключати кабель живлення детектора від включеного високовольтного блока.
Мета і завдання роботи
Метою лабораторної роботи є ознайомлення з особливостями бета – і гамма – переходів та представлення даних про ядерні переходи у вигляді схем розпаду, вивчення суті методу збігів та його уживання для вивчення схем розпаду ядер.
Завдання роботи: Виміряти часову роздільну здатність установки підрахунку збігів. Виміряти швидкість лічби збігів у часі імпульсів від двох детекторів гамма-квантів, які реєструють випромінювання від джерел, що містять радіоактивні ізотопи 60Со та 137Cs. Розрахувати число випадкових збігів імпульсів при вимірах, та показати наявність істинних збігів імпульсів від гамма-квантів джерела, що містить ізотоп 60Со. На основі цього з використанням результатів роботи №5 по вимірюванню амплітудного спектру імпульсів, зумовлених випромінювання 60Со, зробити висновок про супровід розпаду 60Со каскадним (послідовним) гамма-випромінюванням.
2. Необхідні прилади та обладнання.
Два сцинтиляційні детектори випромінювання, два блоки реєстрації електричних імпульсів типу БР-1, блок реєстрації подвійних збігів, лінія затримки електричних імпульсів, перерахунковий пристрій ПСО2-4, радіоактивні препарати з набору ОСГИ: 137Cs, 60Co.
3.Теоретичні відомості.
3.1. Схеми розпаду активних ядер
Схемою розпаду ядра називається діаграма енергетичних рівнів вихідного і кінцевого ядер, через які проходить розпад, разом з умовними позначеннями переходів між рівнями та їх характеристиками.
На рис.1 наведено схему розпаду ядер 137Cs. Джерела, що містять ядра 137Cs широко використовуються у лабораторіях у якості джерела випромінювання. Ядро зазнає розпаду, оскільки його маса М(137Cs) більша за суму мас ядра 137Ва і електрона.. Умова нестабільності ядра 137Cs по відношенню до розпаду записується так
M(137Cs) > M(137Ba)+me .
|
Рис.1 Схема розпаду ядра 137Cs |
Завдяки цьому на cхемі розпаду (Рис.1) основний стан 137Cs лежить ~ на 1,17 МеВ вище по шкалі енергій, ніж основний стан 137Ba в сумі з вільним електроном, і на 0,51 МеВ вище збудженого рівня з енергією збудження 0,661 МеВ. Бета-переходи на схемі позначаються похилими стрілками (при – розпаді масове число ядра не змінюється, а порядковий номер його зростає на 1). При переходах не змінюється не тільки масове число, але й порядковий номер. Тому переходи зображаються вертикальними стрілками.
Поруч з горизонтальними відрізками прямих, які позначають енергетичні рівні ядер, записують енергію збудження (за нуль енергії збудження ядра приймається енергія основного стану), квантове число спіну рівня (J), а також парність просторової хвилевої функції стану (π). =+1 для випадку парної функції і = –1 для непарної. Квантове число J для різних станів може приймати значення 0,1/2, 1, 3/2, 2, 5/2 і т.д.
Формула розпаду ядра 137Cs може бути записана як:
137Cs 137Ba+e- + (8% розпадів)
137mBa*+e- + (92% розпадів)
137Ba+ (Е=0,661 МеВ)
Літера m вказує на те, що утворений збуджений стан барію є ізомерним. З ізомерного стану ядро переходить в основний стан випромінюючи гамма – квант з енергією 0,661 МеВ
Бета–розпад викликається слабою взаємодією, константа якої (~10-14) і значно менша за константу електромагнітної взаємодії (за постійну тонкої структури 1/137). З цим пов’язується той факт, що періоди напіврозпаду для бета–переходів, як правило, значно більші, ніж викликані електромагнітною взаємодією гамма–переходи (розпади). У наведеному прикладі період бета-розпаду 137Cs складає понад 30 років, тоді як період напіврозпаду ізомерного гамма–переходу лише 2,6 хв. Але й таке значення періоду напіврозпаду значно більше за типове значення дозволених гамма-переходів (<10-12сек).
Дозволені переходи – це переходи, які задовольняють квантово-механічні правила відбору. Для дозволених дипольних електричних переходів правила відбору вимагають, щоб
J=1 або J = 0 (крім переходів 00) i = –1 (– парність)
У випадку 137mBa, як видно з рис.1, мінімальне значення зміни спінового числа J = 11/2 - 3/2 = 4 > 1. Тобто дозволені переходи з мультипольністю 2J=24 і вище. При зростанні мультипольності випромінюваних –квантів ймовірність гамма-переходів різко зменшується.