5.2.1.6.
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
ПЕТЕРБУРГСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Кафедра физики
Лаборатория оптики и атомной физики
ПОГЛОЩЕНИЕ БЕТА–ИЗЛУЧЕНИЯ
Различными веществами
Методические указания к лабораторной работе № 331
САНКТ–ПЕТЕРБУРГ
2005
Цель данной
работы
состоит в определении толщин полного
поглощения и коэффициентов поглощения
излучения для ряда материалов, а также
в расчете пробегов и массовых коэффициентов
поглощения для этих материалов.
1. Бета – распад
Радиоактивностью называется самопроизвольное превращение одних атомных ядер в другие, сопровождаемое испусканием элементарных частиц. Естественной называется радиоактивность, наблюдающаяся у ядер, существующих в природных условиях. Радиоактивность ядер, полученных посредством ядерных реакций, называется искусственной.
К числу
радиоактивных превращений относится
– распад. Так называют самопроизвольный
процесс, в котором исходное ядро
превращается в другое ядро с тем же
массовым числом
,
но с зарядовым числом
,
отличающимся от исходного на
.
Это связано с тем, что
– распад сопровождается испусканием
электрона (позитрона) или захватом
электрона из оболочки атома. Различают
три разновидности
– распада:
1) электронный
– распад, при котором один из нейтронов
ядра превращается в протон
с испусканием электрона
и
антинейтрино
.
При этом массовое число остается
неизменным, а порядковый номер элемента
увеличивается на единицу:
,
2) позитронный
– распад, при котором один из протонов
ядра превращается в нейтрон
с
испусканием позитрона
и
нейтрино
.
При этом массовое число остается
неизменным, а порядковый номер элемента
уменьшается на единицу:
,
3) электронный
захват, при
котором ядро поглощает один из
электронов (реже один из
или
электронов) своего атома, в результате
чего один из протонов превращается в
нейтрон, испуская при этом нейтрино.
В свое время по аналогии с рентгеновскими лучами было принято название – лучи. В настоящее время природа этих лучей выяснена и под – излучением понимают поток – частиц (электронов или позитронов), испускаемых радиоактивным веществом.
Поскольку нейтрино и антинейтрино не имеют ни заряда, ни массы покоя, они очень слабо взаимодействуют с веществом и обладают огромной проникающей способностью. Экспериментально обнаружить эти элементарные частицы очень сложно. Гипотеза о существовании нейтрино была выдвинута В.Паули в 1931 г. на основании косвенных доказательств, к которым прежде всего относится непрерывный энергетический спектр электронов при – распаде (распределение электронов по энергиям).
Типичная кривая
распределения электронов по энергиям
при
распаде представлена на рис.1.
Максимальная энергия
,
которой обладают электроны, называется
граничной
энергией
– спектра. Эта величина характеризует
радиоактивный препарат с точки зрения
проникающей способности его излучения.
Из рисунка видно, что электроны получают
самые разные кинетические энергии от
нуля до
;
ядро же при
– распаде, как доказано экспериментально,
теряет одну и ту же энергию
.
Опираясь на эти факты и закон сохранения
энергии, В.Паули предположил, что
остальную часть энергии
уносит другая частица (для
– превращения – антинейтрино).
Рис. 1. Энергетический спектр электронов при – распаде.
–
число электронов
в единичном интервале энергий около
энергии
.
В пользу гипотезы
о существовании нейтрино имеется еще
одно важное обстоятельство – необходимость
сохранения момента импульса в реакции
распада. Поскольку спин нуклонов и
электрона равен
,
то для сохранения момента импульса в
реакции
– распада должна участвовать частица
с полуцелым спином (сейчас установлено,
что спин нейтрино равен
).