Laboratorniy_praktikum_z_fizik_ukr

ний на перерахунковому пристрої. Результати вимірів занести в таблицю 1.

4.Відкрити металевий кожух, помістити свинцеву пластину поглинача товщиною х між препаратом і лічильником і визначити число імпульсів Nх за такий же час t. Результати вимірів занести в таблицю 1.

5.Складаючи свинцеві пластини одна з одною, збільшити товщину х і визначити в кожному випадку Nх . Результати вимірів занести

втаблицю.

6.Пункти 4 і 5 повторити для пластин з іншого матеріалу, наприклад, алюмінію.

7.Виключити установку.

8.По формулі (4) визначити коефіцієнт поглинання γ-променів для кожного досліду.

9.Побудувати графік залежності ln N0 = f (x) для кожного з ма-

N x

теріалів. Визначити коефіцієнти поглинання µ1 і µ2 як тангенс кута нахилу ліній графіка (рис. 1) і порівняти їх з розрахунковими значеннями.

Таблиця 1 -	Результати вимірів і обчислень
Вид	№ п/п	N0	x,	Nx		N0		ln	N0		µ,
матеріалу			мм			N x			N x		1/мм
	1
	2
	3
	1
	2
	3

231

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1.Що таке γ-випромінювання? Які його природа й властивості?

2.Як відбувається взаємодія γ-випромінювання з речовиною?

3.Як змінюється інтенсивність γ-випромінювання при проходженні його через речовину?

4.У чому складається графічний метод визначення коефіцієнта поглинання?

5.Від чого залежить коефіцієнт поглинання?

Лабораторна робота № 703

ВИЗНАЧЕННЯ ДОВЖИНИ ПРОБІГУ α- ЧАСТКИ

Ціль роботи: вивчення закономірностей радіоактивного розпаду і експериментальне визначення довжини пробігу α- частки.

Прилади та обладнання: радіоактивний препарат, торцевий лічильник Гейгера, перерахунковий пристрій.

Основні вимоги до теоретичної підготовки: При підготовці до даної лабораторної роботи необхідно проробити розділ "Радіоактивне випромінювання і його види" загального курсу фізики, а також методичні вказівки до даної роботи.

Теорія методу й опис установки

Радіоактивність - це перетворення нестійких ядер одного елемента в ядра іншого елемента. Таке перетворення супроводжується ви-

232

пущенням різних видів радіоактивних випромінювань і елементарних часток. Існує три види радіоактивного випромінювання: α- випромінювання (потік α- часток), β- випромінювання (потік швидких електронів) і γ-випромінювання (потік γ-квантів).

α-частка являє собою ядро атома гелію (2Не4), складається із двох протонів і двох нейтронів, міцно зв'язаних між собою. Вона має позитивний заряд, що дорівнює +2е, тому відхиляється електричним і магнітним полями. α-частки мають високу іонізуючу здатність, але малу проникаючу здатність (легко поглинаються тонким шаром речовини).

У результаті α-розпаду «материнське» ядро із зарядом Z і масовим числом А перетворюється в нове «дочірнє» ядро із зарядом Z = 2 і масовим числом (А – 4):

Z X A →Z − 2Y A− 4 +2 He4

Ця реакція розпаду підкоряється закону збереження заряду й закону збереження масового числа. При цьому відбувається хімічне перетворення елемента зі зміщенням (правило зміщення) нового елемента в періодичній таблиці на два номери вліво. Знак рівності в рівнянні реакції ми не ставимо тому, що звичайно реакція супроводжується енергетичним переходом з випромінюванням електромагнітного фото-

на (γ- частки). α- радіоактивність спостерігається лише у важких елементів, починаючи з вісмуту.

Різні радіоактивні елементи випромінюють α-частки зі швидкістю від 1,4·107 м/с до 2,0·107 м/с, що відповідає енергії від 4 до 8,8 МеВ

(1еВ = 1,6· 10-19Дж).

Проходячи через речовину, α частки взаємодіють із електричними полями електронів і атомних ядер, іонізуючи або збуджуючи

233

атоми. У результаті α-частка втрачає свою енергію, і її рух уповільнюється. Позитивна частка, уповільнюючись, починає активно захоплювати електрони, відбираючи їх у атомів навколишнього середовища. Захопивши два електрони α - частка перетворюється в нейтральний атом гелію. Рух частки через середовище припиняється.

Відстань R, яку проходить в речовині частка до повної зупинки,

називається довжиною пробігу. Довжина пробігу частки залежить від заряду, маси, початкової енергії і густини середовища, у якому рухається частка. При однаковій початковій енергії α- частки як більш важкі, мають менші швидкості, чим легкі (наприклад, β- частки).

Відомо, що чим більше маса й заряд частки, тим активніше вона взаємодіє із середовищем, і тим менше її пробіг у даному середовищі. Так, наприклад, α - частки з енергією 4 МеВ, мають довжину пробігу в повітрі приблизно 2,5 см. Швидкі α - частки можуть пройти шар повітря близько 8,5 см. У воді або м'яких тканинах тварин і людини, густина яких перевищує густину повітря в сотні разів, довжина пробігу α - частки зменшується в стільки ж разів, і становить величину менше міліметра. Щільний одяг може практично повністю поглинути α - частки, тому вони не представляють небезпеки при зовнішньому опроміненні. Однак, потрапляючи усередину організму з їжею, водою й повітрям, α - випромінювання може заподіяти людині великої шкоди.

Довжина вільного пробігу α- частки пов'язана з її початковою швидкістю V, і описується для повітря (при нормальних умовах) наближеним співвідношенням:

R ≈ a V,

де а = 9,7· 10-28 с3/см2.

234

У середньому α- частка утворює у повітрі при нормальних умовах близько 3· 104 пар іонів на 1см шляху.

Для експериментального визначення довжини пробігу α - частки в повітрі використовується установка, схема якої показана на рис. 1. Від джерела радіоактивного випромінювання потік α – часток направляється на торцевий лічильник Гейгера. Його робоча камера заповнена газом і відділена від зовнішнього середовища тонким слюдяним віконцем, крізь яке можуть проходити α - частки. Потрапляючи в цю камеру, вони іонізують молекули газу. Під дією високої напруги між катодом і анодом іони і електрони, що утворилися, направляються до електродів і віддають свій заряд. Виникає короткочасний імпульс струму, що підсилюється й реєструється перерахунковим пристроєм. Джерело випромінювання, підсилювач і лічильник Гейгера поміщені в металевий кожух. Відстань між джерелом випромінювання і лічильником можна міняти, переміщаючи джерело радіоактивного препарату уздовж лінійки. Швидкість рахунку залежить від кількості часток, що потрапили в лічильник При збільшенні відстані між джерелом випромінювання і лічильником швидкість рахунку зменшується, починаючи з деякого l. На цій відстані більшість часток втрачають свою енергію і перетворюються в атоми гелію.

235

			5
1	2	3
			4
ПСО 2-4	У

1 – перерахунковий пристрій

2 – посилювач

3 – лічильник Гейгера

4 – джерело випромінювання

5 - лінійка

Рисунок 1 – Експериментальна установка

Для визначення довжини пробігу необхідно побудувати графік залежності кількості зареєстрованих часток N від відстані l між джерелом випромінювання і лічильником (рис. 2).

N

а

в

15

R

l, мм

Рисунок 2 – Еспериментальна залежність

Довжина пробігу R визначається шляхом продовження прямолінійної ділянки ав до перетинання з віссю абсцис.

236

Порядок виконання роботи

1.Ознайомитися з робочою схемою й приладами.

2.З дозволу викладача ввімкнути установку.

3.Пересуваючи α - препарат уздовж лінійки, установити мінімальну відстань до лічильника.

4.Визначити число імпульсів на перерахунковому пристрої за час, зазначений викладачем.

5.Повторити визначення числа імпульсів N, фіксуючи відстань через кожні 2 мм. Відстань збільшувати до максимально можливого. Отримані дані занести в таблицю 1.

6.Відключити установку.

7.Побудувати графік залежності N = f(l).

8.Визначити із графіка значення R.

Таблиця 1 – Результати вимірів

l, мм

N

15

237

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1 Що являє собою α- частка?

2.Що таке α- розпад?

3.Якs властивості має α- випромінювання?

4.Яким чином α- частка взаємодіє із середовищем, у якому вона рухається?

5.Що таке довжина пробігу α- частки? Від чого вона залежить?

6.Як впливає α- випромінювання на організм людини?

238

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1.Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие. – 2- е изд., перераб. и

доп. М.: Высш. шк., 1990. - 478 с.

2.Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: Учеб. пособие – М.:

Высш. шк., 1989.–608 с.

3.Савельев И.В. Курс общей физики: Учеб. пособие. В 3-х т. – М.:

Наука, 1989.– Т. 3.–304 с.

4.Кучерук І.М. Загальний курс фізики: у 3 т. Т.1: навч. посібник для студ. техн. і пед. спец. вищих навч. закладів: Механіка. Молекулярна фізика і термодинаміка / І.М. Кучерук, І.Т. Горбачук, П.П. Луцик; за ред. І.М. Кучерука. – 2- ге вид., випр. . – К. : Техніка, 2006. – 534 с.

5.Кучерук І.М. Загальний курс фізики: у 3-х томах. Т.2:Електрика і магнетизм: навч. посіб. для студ. техн. і пед. спец. вищих навч. закладів / І.М. Кучерук, І.Т. Горбачук, П.П. Луцик; за ред. І.М. Кучерука . – 2- ге вид., випр. – К.: Техніка, 2006 . – 454 с.: іл.

6.Курс фізики: навч. підручник для студ. вищих навч. закладів техн.профілю / І.Р. Зачек, І.М. Кравчук, Б.М. Романишин та ін.; за ред. І.Є. Лопатинського. – Львів: Бескид Біт, 2002 .– 376 с.

7.Кортнев Ю. В. Практикум по физике: Учеб. пособие – М.: Высш.

шк., 1968.–516 с.

8.Майсова Н.Н. Практикум по курсу общей физики: Учеб. пособие – М.: Высш. шк., 1970.–448 с.

9.Лабораторные занятия по физике: Учеб. пособие / Гольдин Л.Л., Игошин Ф.Ф., Козел С.М. и др.; под ред. Гольдина Л.Л.– М.: Наука, 1983. –

704 с.

239