- •Филиал Федерального автономного образовательного учреждения
- •1) Что называется периодом полураспада?
- •2) Какие ядра называются радиоактивными?
- •3) Что называется Активацией?
- •4) Физический смысл области устойчивости стабильности ядер и способы распада нестабильных ядер, лежащих выше и ниже области устойчивости.
- •5) Закономерности радиоактивного распада, физический смысл λ, τ, t1/2, и выражения, их связывающие.
- •6) Дать определение периода полураспада и показать методику определения t1/2 по результатам измерений уменьшения активности образца во времени.
- •«Обнинский институт атомной энергетики –
- •«Обнинский институт атомной энергетики –
«Обнинский институт атомной энергетики –
Филиал Федерального автономного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Заочный факультет
Кафедра ядерной физики
Лабораторная работа №2
Тема: Исследование искусственной радиоактивности
Выполнил:
студент группы ЭиА-С12-з
Казаков Е.И.
Проверил: Гончарова И.Н.
Обнинск 2015
Цель работы: определение периода полураспада 116In.
Ход работы:
Рисунок 1.1 - Блок схема установки для измерения наведенной активности
Образец, содержащий 116In;
Счетчик излучения;
Свинцовый защитный контейнер для уменьшения фона;
Источник питания детектора;
Измерительное устройство;
Печатающее устройство
В данной работе активация образца 115In осуществляется нейтронами, которые замедляются в баке с водой. Активация осуществляется в реакции радиационного захвата
n + 115In →116In + γ,
которая является типичным примером так называемой резонансной реакции. Сечение этой реакции представлено на рисунке 1.2, где отчетливо виден резонанс при энергии нейтронов, равной 1,46 эВ. Большая величина этого резонанса приводит к тому, что активация, в основном обусловлена поглощением нейтронов, энергия которых в процессе замедления близка к величине 1,46 эВ.
Рисунок 1.2 – Сечение реакции n + 115In →116In + γ
После захвата нейтрона образуется неустойчивое нейтронно-избыточное ядро 116In, которое сдвигается с дорожки стабильности и распадается по следующей схеме:
116In →β- + ν + 116Sn*
Образующееся в результате β-распада ядро 116Sn* возбуждено. Освобождение от избыточной энергии и переход в стабильное состояние 116Sn сопровождается γ-излучением. С громадным запасом можно считать, что γ-излучение сопровождает β-распад мгновенно. Поэтому для измерения периода полураспада можно использовать как β-, так и γ-излучение в зависимости от типа применяемого реактора.
Обычно для определения периода полураспада измеряется постоянная распада λ:
А (t) = λN(t).
Определение числа атомов, содержащихся в образце, выполняется методами химического анализа и требует продолжительного времени. Кроме того, необходимо измерение абсолютной активности образца. По этим причинам такой метод определения может быть использован, если λ очень мало, когда уменьшением N за время опыта можно пренебречь. Если λ достаточно велико, то его можно определить по формуле:
А (t) =А0e-λr
измеряя уменьшение активности в зависимости от времени. Весьма простой способ непосредственно определения T1/2 заключается в измерении времени t = T1/2, необходимого для уменьшения активно наполовину. Этот метод дает хорошие результаты, если время измерения активности Δt<<T1/2 , а измеренное за этот промежуток времени количество ядер ΔN, испытавших распад, обеспечивает необходимую статистическую точность определения T1/2 .
ΔN = ε∙G∙k∙A∙ Δt,
где ε – эффективность регистрации измеряемого излучения;
G – геометрический фактор, равный доле частиц, испущенных образцом и попавших в детектор;
k – среднее число частиц, которые используются для измерения, испускаемых на один акт распада.
Если во время измерений взаимное расположение счетчика и образца остается неизменным, а рабочий режим счетчика поддерживается постоянным с высокой точностью, то произведение m= ε∙G∙k не будет зависеть от времени. Следовательно, число отсчетов ΔN за время Δt будет прямо пропорционально активности образца А (t) в данный момент времени, то есть скорость счета равна
ṅ(t) = ΔN(t)/Δt = mA(t)
и будет экспоненциально уменьшаться за время опыта.
Ход работы:
Расчет дозы облучения:
t=3600 c
Da=500 МэВ
Db,5 = Db/5 = 25
Db = Dа/4 = 125
Фd = Db/ Dmax = 5,58∙109
фd = Фd/t =155∙104
rmin = (Iβ/4π фd) = 0,02
Nф = 15
Интервал – 60 секунд, время одной экспозиции 50 секунд, пауза 10 секунд
Таблица 1 - Таблица данных:
№ |
интервал |
Ni |
ln(Ni – Nф ) |
2σ (Yi) |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
1 |
0 |
4999 |
8.51 |
0,03 |
2 |
1 |
4850 |
8,48 |
0,03 |
3 |
2 |
4839 |
8,48 |
0,03 |
4 |
3 |
4809 |
8,47 |
0,03 |
5 |
4 |
4771 |
8,46 |
0,03 |
6 |
5 |
4697 |
8,45 |
0,03 |
7 |
6 |
4626 |
8,44 |
0,03 |
8 |
7 |
4638 |
8,44 |
0,03 |
9 |
8 |
4557 |
8,42 |
0,03 |
10 |
9 |
4482 |
8,40 |
0,03 |
11 |
10 |
4460 |
8,39 |
0,03 |
12 |
11 |
4315 |
8,37 |
0,03 |
13 |
12 |
4283 |
8,36 |
0,03 |
14 |
13 |
4291 |
8,36 |
0,03 |
15 |
14 |
4195 |
8,34 |
0,03 |
16 |
15 |
4121 |
8,32 |
0,03 |
17 |
16 |
4031 |
8,30 |
0,03 |
18 |
17 |
4017 |
8,29 |
0,03 |
19 |
18 |
4021 |
8,29 |
0,03 |
20 |
19 |
3927 |
8,27 |
0,03 |
21 |
20 |
3880 |
8,26 |
0,03 |
22 |
21 |
3918 |
8,27 |
0,03 |
23 |
22 |
3838 |
8,25 |
0,03 |
24 |
23 |
3720 |
8,22 |
0,03 |
25 |
24 |
3640 |
8,20 |
0,03 |
26 |
25 |
3709 |
8,21 |
0,03 |
27 |
26 |
3619 |
8,15 |
0,03 |
28 |
27 |
3468 |
8,15 |
0,03 |
Продолжение табл.1 | ||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
29 |
28 |
3444 |
8,14 |
0,03 |
30 |
29 |
3535 |
8,17 |
0,03 |
31 |
30 |
3399 |
8,13 |
0,03 |
32 |
31 |
3318 |
8,10 |
0,03 |
33 |
32 |
3357 |
8,11 |
0,03 |
34 |
33 |
3313 |
8,10 |
0,03 |
35 |
34 |
3188 |
8,06 |
0,03-0,04 |
36 |
35 |
3210 |
8,07 |
0,03-0,04 |
37 |
36 |
3172 |
8,05 |
0,04 |
38 |
37 |
3100 |
8,03 |
0,04 |
39 |
38 |
3031 |
8,01 |
0,04 |
40 |
39 |
3125 |
8,04 |
0,04 |
41 |
40 |
3053 |
8,02 |
0,04 |
42 |
41 |
3058 |
8,02 |
0,04 |
43 |
42 |
2927 |
7,98 |
0,04 |
44 |
43 |
2971 |
7,99 |
0,04 |
45 |
44 |
2797 |
7,93 |
0,04 |
46 |
45 |
2721 |
7,90 |
0,04 |
47 |
46 |
2785 |
7,93 |
0,04 |
48 |
47 |
2729 |
7,91 |
0,04 |
49 |
48 |
2713 |
7,90 |
0,04 |
50 |
49 |
2634 |
7,87 |
0,04 |
2σ(α1) = 0,0084
2σ(α2) = 0
Критерий согласия= 36,71
Рисунок 1 – Графическое представление результатов измерений
Вывод: вычисленный период полураспада - практически совпал с его теоретическим значением равным 54,29 мин.
Контрольные вопросы: