Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ЛР 8.doc
Скачиваний:
50
Добавлен:
22.05.2015
Размер:
176.13 Кб
Скачать

63

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8 (С)

_________________________________________________________________

Лабораторная работа № 8 (с) определение максимальнои энергии бета-спектра по толщине слоя половинного ослабления

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Определить слой половинного ослабления бета- лучей в алюминии. Определить максимальную энергию бета-спектра.

ОБОРУДОВАНИЕ: Свинцовый домик с торцевым счетчиком СБТ-13, радиоактивный бета-источник, набор поглотителей - пластинок алюминия, пересчетная установка,

Краткая теория

Радиоактивностью называется способность некоторых атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) распадаться и превращаться в ядра атомов другого элемента с испусканием альфа-, бета- и гамма- лучей и других частиц (протонов, нейтронов).

Бета-излучение представляет собой поток электронов или позитронов, испускаемых соответственно при бета-минус распаде или бета-плюс распаде.

Бета-распадом называется самопроизвольное превращение ядра с испусканием бета-частицы, в результате чего ядро-продукт будет иметь то же массовое число, а заряд его будет отличаться от заряда исходного ядра на единицу. Известно три типа бета-распадов: электронный бета-распад, позитронный бета-распад и электронный захват, или e-захват. Например, электронный бета-минус распад ядер кобальта-60 происходит согласно реакции:

(1)

Бета-частицы, вылетевшие из ядер, имеют различные начальные скорости, некоторые из них могут достигать 0,99 скорости света, энергия их может достигать 10 МэВ. В отличие от альфа-частиц, энергетический спектр которых линейчатый, бета-частицы обладают сплошным энергетическим спектром (рис.1).

Рис. 1

Это означает, что при бета-распаде какого-либо изотопа испускаются бета-частицы самых различных энергий, величина энергии каждой частицы может быть любой, но не более Emax которая называется максимальной энергией бета-спектра и является характеристикой данного изотопа. Эта особенность бета-распада объясняется тем, что исходное ядро и ядро-продукт обладают дискретными, т.е. вполне определенными энергиями (рис.2)

Рис. 2

Из энергетической диаграммы видно, что при электронном бета-распаде ядра 27Co60 его энергия уменьшается на 0,31 МэВ и возникает ядро28Ni60 в возбужденном энергетическом состоянии. Выделяющаяся при этом распаде энергия 0,31 МэВ является максимальной энергией бета-спектраEmax. Эта энергия характерна для данного изотопа и является одинаковой у каждого из ядер одного и того же изотопа. Так как кроме бета-частицы при распаде выделяется еще и антинейтрино, то энергия 0,31 МэВ распределяется между электроном (-частицей) и антинейтрино. На долю электрона статистически в каждом конкретном случае бета-распада приходится большая или меньшая часть полной энергии бета-распада поэтому энергетический спектр бета-частиц оказывается сплошным.

Из схемы распада (рис.2) также видно, что ядро-продукт находится после распада в возбужденном состоянии и при переходе его в нормальное состояние испускаются гамма-кванты с энергиями 1,17 и 1,33 МэВ. Следовательно, энергетический спектр гамма-квантов, сопровождающих бета-распад, линейчатый, и испускаются гамма-кванты не исходным ядром, а ядром-продуктом.

Бета-частицы (быстрые электроны или позитроны), испущенные ядрами при распаде, движутся в веществе, испытывая взаимодействие с электронными оболочками атомов и атомными ядрами среды. При упругом соударении электрона с атомами среды электрон изменяет направление и скорость движения, но суммарная кинетическая энергия электрона и атома не меняется. Так как масса электрона значительно меньше массы атома, передаваемой атому кинетической энергией можно пренебречь, т.е. при упругом рассеянии электроны не отдают энергию атомам среды.

При неупругих соударениях за счет кинетической энергии электронов происходит возбуждение или ионизация атомов среды. Потери энергии электронов на ионизацию и возбуждение атомов среды называют ионизационными потерями.

Кроме ионизационных потерь энергии, взаимодействие быстрых электронов с кулоновским полем атомных ядер приводит к торможению электронов с испусканием тормозного излучения, т.е. возникают радиационные потери энергии.

Таким образом, при взаимодействии бета-электронов с атомами вещества бета-частицы за счет ионизационных и радиационных потерь тормозятся до тепловых скоростей, поглощаются веществом и выбывают из распространяющегося пучка.

Обозначим: N0 - число бета-частиц, падающих параллельным пучком на вещество После прохождения слоя вещества толщинойdпучке остаетсяN бета-частиц. Закон поглощения имеет вид:

N = N0e - d(2)

где - линейный коэффициент ослабления бета-частиц в данном веществе. Если толщина веществаdтакова, что

d = d05= ln2/(3)

то из уравнения (2) следует, что N/N0= 0,5.

Следовательно, мишень толщиной dослабляет интенсивность пучка бета-частиц в 2 раза. Величинуdназывают слоем половинного ослабления бета-частиц в веществе. Она является характеристикой данного вещества и зависит только от максимальной энергииEmax

Рис. 3

Бета-частицы поглощаются веществом слабее альфа-частиц. Так, если пробег альфа-частиц в воздухе достигает 10 см, то бета- частицы проходят в воздухе десятки метров. Слой половинного ослабления бета-частиц с максимальной энергией бета-спектра 2 МэВ составляет: для алюминия - 0,5 мм, для латуни - 0,16 мм. Таким образом, слой латуни толщиной 1,5-2 мм практически полностью поглощает все падающие на него бета-частицы.

СХЕМА УСТАНОВКИ И МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ

В данной работе слой половинного ослабления определяется методом поглощения. Толщина слоя половинного ослабления dопределяется путем построения кривой поглощения бета-частиц, т.е. зависимости интенсивности прошедшего-излучения ( скорости счетаN бета-частиц) от толщины слояdпоглотителя.

Для построения кривой поглощения используется счетная установка с торцовым счетчиком (рис.4).

Рис. 4

При помощи диафрагмы 2 выделяется узкий пучок бета-частиц, испускаемых радиоактивныи источником 4. Пучок бета-частиц проходит через пластинки поглотителя 3 и попадает в детектор 1, представляющий из себя газоразрядный счетчик Гейгера-Мюллера. При попадании бета-частицы в рабочий объем счетчика в нем возникает кратковременный электрический разряд.

Этот электрический сигнал поступает на пересчетную установку 5 где производится счет импульсов за заданный промежуток времени. Счетчик, поглотитель, диафрагма и источник бета-частиц помещены в свинцовый домик 8. Измерение времени счета производится либо секундомером либо при помощи реле времени находящимся в пересчетной установке.

Помещая между источником бета-частиц и счетчиком алюминиевые поглотители разной толщины d, снимаем кривую поглощения. Логарифмируя закон поглощения (2) и учитывая (3), получим:

ln(N) = -(ln2/d05)d + N0(4)

Из выражения (4) видно, что логарифм скорости счета является линейной функцией толщины поглотителя d, причем толщина слоя половинного ослабленияd05бета-частиц в веществе обратно пропорциональна угловому коэффициентуA = -(ln2/d05 ) линейной зависимостиln(N) = f(d)

Практически слой половинного ослабления удобно выражать не в единицах длины (сантиметрах или миллиметрах), а в единицах поверхностной плотности (г/см2или мг/см2, т.е. указывать массу поглотителя, приходящуюся на единицу его поверхности)05.

05= d05(5)

где - объемная плотность поглотителя.

Удобство измерять слой половинного ослабления в единицах поверхностной плотности состоит в том, что величина 05 для частиц данной энергиив различных материалах имеетодно и то жезначение. Зная слой половинного ослабления05, находим максимальную энергию бета-спектра по таблице 1, либо по формуле

Emax= 0,067(05) 0,68(6)

где05 измеряется в мг/см , аEmax- в МэВ.

Таблица 1.

05, мг/см

53 62 70 78 87 97 107 121 130 140 147 150

Emax, МэВ

1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2

ПРИМЕЧАНИЕ: Кроме бета-частиц, испускаемых радиоактивным источником, счетная установка регистрирует гамма-излучение, сопровождающее бета-распад, гамма-излучение почвы, стен, окружающих предметов, а также космическое излучение и собственные разряды в счетчике. Все эти добавочные импульсы составляют фон установки Nф, который надо вычитать из общей скорости счетаN = N' - Nф . ФонNфустановки определяется при наличии под счетчиком радиоактивного источникас фильтром,полностью поглощающим бета-излучение (латунная пластинка).

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]