- •Челябинск
- •Цель работы: экспериментальное определение верхней границы спектра методом поглощения.
- •1. Введение
- •2. Взаимодействие бета-частиц с веществом.
- •3. Определения максимальной энергии -частиц методом поглощения
- •4. Экспериментальная установка
- •5. Порядок работы
- •6. Контрольные вопросы
- •Литература
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Южно-Уральский государственный университет
Кафедра оптики и спектроскопии
Лаборатория микрофизики
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ БЕТА-СПЕКТРА
Челябинск
2010
Цель работы: экспериментальное определение верхней границы спектра методом поглощения.
Приборы и оборудование: газоразрядный счетчик, подставка для поглощающего материала, набор алюминиевых и медных пластинок, вета- источник.
1. Введение
Многие ядра испытывают вета- распад. Бета-распадом называется самопроизвольное превращение атомного ядра, при котором его заряд меняется на единицу, а массовое остается неизменным. Простейшим процессом --распада является распад свободного нейтрона на протон и электрон с периодом полураспада, равным 12 минутам:
.
В этом процессе появляется антинейтрино . Эта частица не имеет заряда, масса покоя ее близка к нулю или равна нулю. Экспериментальные исследования дают значение энергии массы покоя антинейтрино . Для сравнения, энергия массы покоя электрона составляет . Нейтрино или антинейтрино, если их энергия имеет порядок МэВ, столь слабо взаимодействует с ядрами, что могут пролетать толщу Солнца с ничтожной вероятностью быть захваченными или вызвать какую-либо реакцию. Поэтому в экспериментах с -активными ядрами нейтрино не регистрируется.
Различают три вида бета-распада:
-распад, при котором один нейтрон ядра превращается в протон и испускается электрон и антинейтрино.
-распад, при котором один протон ядра превращается в нейтрон и испускается электрон и нейтрино.
Электронный захват, при котором один из электронов атомной оболочки захватывается ядром.
Все бета- процессы обусловлены слабым взаимодействием. При и -распаде ядра испускаются две частицы. Так, например, при распаде:
высвобождается энергия 1,17 МэВ. Это значение получено из сравнения масс ядер 210Bi и 210Po. Экспериментальное исследование энергетического спектра испущенных -частиц дает распределение, приведенное на рис. 1. Как видно из рис.1, электроны имеют всевозможные значения кинетической энергии от нулевой до максимальной. Следует заметить, что очень мало электронов обладают энергиями, близкими к 1,17 МэВ.
Интерпретация непрерывного характера бета - спектра в свое время вызвала большие трудности. Исходя из законов сохранения энергии и импульса, заключаем, что при распаде наряду с электроном из ядер вылетает еще одна частица, не обнаруживаемая обычными средствами, которая уносит свою долю энергии.
Итак, в конечном итоге образуется три частицы (электрон, антинейтрино и дочернее ядро). Из законов сохранения энергии и импульса следует, что энергетический спектр электронов, образующихся вследствие -распада, имеет непрерывный характер.
Поскольку ядро гораздо тяжелее электрона, энергией отдачи ядра практически всегда можно пренебречь и считать, что вся энергия процесса выделяется в виде кинетической энергии электрона и энергии нейтрино. Следовательно, максимальная кинетическая энергия - частиц в спектре (верхняя граница -спектра) практически совпадает с энергией распада. Для каждого радиоактивного изотопа имеет вполне определенную величину и является его важнейшей характеристикой. Измеряя , можно определить, с каким радиоактивным веществом имеем дело, а по активности - источника определить количество радиоактивного вещества.
Рис. 1. Распределение по кинетическим энергиям электронов,
испускаемых ядрами .