Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Радиоактивность.




Радиоактивностью называется процесс самопроизвольного превращения ядер одного элемента в ядро другого за счет испускания a, b± и g – излучения.

a и b – излучения – это частицы с определенной массой и зарядом; g – излучение(g – квант) – это электромагнитное излучение с очень малой длиной волны, энергия которого равна eg = h n = ;

a – частицы – это ядра гелия; b – это поток электронов, b+ – поток позитронов.

g – излучение в основном, сопровождает a– и b– излучения, когда дочернее ядро из возбужденного состояния переходит в стационарное.

Основной закон радиоактивного распада выражается так:

N = N0 elt,

где N0 – число радиоактивных ядер в момент времени t = 0; N – число радиоактивных ядер, оставшихся нераспавшимися к моменту t.

l – постоянная радиоактивного распада: l = , где Т1/2– период полураспада.

2. Закон поглощения g –излучения.

Гамма–кванты состоят из фотонов одной энергии или содержат группу фотонов с дискретными значениями энергии. Чаще всего энергия гамма–лучей находится в диапазоне от нескольких КэВ до нескольких МэВ.

Прохождение g –излучения через вещество сопровождается его поглощением. При прохождении поглотителя толщиной x интенсивность J g –лучей уменьшается на J, причем относительная интенсивность поглощения излучения пропорциональна толщине поглотителя:

= –mDх (1)

где m – линейный коэффициент поглощения.

Если вместо конечной толщины Dх имеем бесконечно малую величину dx, бесконечно малое изменение интенсивности d J, то уравнение (1) примет вид:

= – m dx (2)

Интегрируя это уравнение, получим

J =J0 еmх (3)

При рассмотрении процесса поглощения гамма–излучения веществом, полезным оказывается понятие о слое половинного поглощения х1/2.

Слоем половинного поглощения называется толщина поглотителя, в котором поглощается половина падающих на него фотонов.

Эта величина выражается: = е mх

Тогда, логарифмируя, получим:

х = (4)

До сих пор рассматривали явление поглощения гамма–лучей, не касаясь конкретного взаимодействия гамма–лучей с веществом, обусловливающего процесс поглощения и величину m – коэффициента поглощения.

При прохождении g – лучей через вещество происходит ослабление интенсивности первоначального пучка. Это ослабление интенсивности является результатом взаимодействия g – квантов с электронами и атомами вещества, через которые они проходят.

Практически наиболее существенны три процесса взаимодействия с веществом: фотоэффект, комптоновское рассеяние и образование пар, приводящих к поглощению g – излучения.

а. Ф О Т О Э Л Е К Т Р И Ч Е С К И Й Э Ф Ф Е К Т

Фотоэффектом называется такой процесс взаимодействия g – кванта (фотона) с веществом, при котором g – квант исчезает, полностью передавая свою энергию и импульс электрону и атому. При этом электроны выбрасываются за пределы атома с кинетической энергией

Wk = hn – Ai (5)

где hn – энергия g – кванта; Аi – работа выхода электрона с i –ой оболочки атома.

Фотоэффект наиболее вероятен в том случае, когда энергия фотона близка к работе выхода А. Именно поэтому ослабление лучей вследствие фотоэффекта играет основную роль при малых энергиях (Еg £ 1 МэВ). Фотоэффект возможен лишь на связанном электроне и не может быть на свободном электроне.

Вероятность фотоэффекта на К –оболочке атома dфот » при

Еg >>Ак и dфот » при Еg > Ак × (Ак – работа выхода электрона на К – оболочке).

б. К О М П Т О Н О В С К О Е Р А С С Е Я Н И Е

Процесс рассеяния g – квантов на свободных или слабосвязанных электронах называется комптон–эффектом. В результате рассеяния изменяется направление движения g – кванта и уменьшается его длина волны:

Dl = l2 – l1

Вероятность комптоновского эффекта при Еg >>m0c2 (m0c2 – энергия покоя электрона) равна dкомп » .

в. О Б Р А З О В А Н И Е П А Р

Третьим процессом, приводящим к ослаблению g – излучения при прохождении через вещество, является процесс образования пар. Согласно современной теории, падающий g – квант полностью поглощается в области кулоновского поля ядра ( или электрона), в результате чего возникает пара частиц: электрон–позитрон. Минимальная энергия фотона, необходимая для образования пары в области поля ядра, равна

Е = 2 Е = 2 m0 c2

Вероятность образования пары

dпар » Z5 ln Eg

Таким образом, поглощение g – излучения веществом и величина m обусловлена тремя рассмотренными процессами, каждый из которых, в зависимости от энергии g – излучения и свойств поглощающего вещества, вносит свой вклад в значение: m = mфот + mкомп + mпар. Величина mфот , mкомп, mпар , в свою очередь, определяется описанными выше вероятностями: m » mфот + mкомп +mпар .

Описание установки и порядок выполнения работы.

В данной работе необходимо проверить закон поглощения g – излучения в веществе, построить график зависимости изменения интенсивности J g – излучения от толщины поглотителя. По графику определить слой половинного поглощения для g – излучения данной энергии и рассчитать коэффициент линейного поглощения m . В качестве источника излучения используется радиоактивный изотоп С060 (Е = 1,17 МэВ).

При выполнении работы используются приборы и принадлежности: радиометр–спектрометр (см. рис. 1); свинцовый домик типа "ТУР 74019 Robotron – masselectrone» ; источник g – излучения С060; набор пластин из оцинкованного железа (см. рис. 1). Радиометр–спектрометр состоит из сцинтилляционного датчика «Stintillation probe type – 484 В» и измерительного пульта «Nuclear analyzer – 482 В». Датчик присоединяется с помощью высоковольтного разъема (1) с измерительным пультом (1) и помещен внутри свинцового домика, напротив источника g – излучения С060 .

Между источником гамма–излучения и сцинтилляционным датчиком в свинцовом домике имеются приспособления для установки пластин, которые служат поглотителем g – излучения. Толщина поглотителя регулируется числом пластин.

1 – высоковольтный разъем датчика

2 – измеритель скорости счетчика и напряжения батарей

3 – переключатель поддиапазонов измерителя скорости счета

4 – дисплей

5 – переключатель дисплея

6 – тумблер Reset–start–star (cбор – пуск – стоп)

7 – переключатель селекции времени измерения

8 – регулятор высокого напряжения

9 – регулятор порога анализатора

10 – регулятор ширины окна анализатора

11 – переключатель режима измерения

12 – тумблер напряжения питания

Порядок выполнения: (см. обозначения на рис. 1 и приборе).

1. Включить сеть (тумблер ОN – 12).

2. Установить высокое напряжение 1200 В на многооборотном патенциометре "High – Vоltage" 400 ....1400 ® 8.

3. На блоке «Analyzer» – установить тумблер «int– diff» ® 12 в положение «int», ручку потенциометра 2 DE ® 10 в положение 0.0, ручку потенциометра «Е» ® 9в положение 860.

4.Переключатель «rate» ® 3 поставить в положение 3 × 105 .

5. Ручку переключателя «time» ® 7 поставить в положение «01».

6. Убедиться, что в свинцовом (защитном) домике нет пластин.

7.Тумблер «reset – start – stop» ® 6 поставить в положение «start». На экране дисплея 4 появится точка (отсчет начался) через 6 секунд (0,1минуты) на экране дисплея 4 высветится число, соответствующее количеству g – квантов, зарегистрированных детектором (датчиком) в отсутствие поглотителя. Это число n0 записать в таблицу.

8. Установить в защитный домик 3 пластины и повторить п.7. Записать число n1, которое высветится на экране дисплея. Оно будет соответствовать количеству g – квантов, прошедших 1–й поглощающий слой пластин.

9. Последовательно увеличивать число пластин, устанавливая в домик 6, 9, 12 ....i пластин и каждый раз повторять п.7, записывая значения n2 , n3 , ......ni c экрана дисплея в таблицу.

10. По результатам измерения построить график зависимости ni/n0 = f (i) (по оси координат , по оси абсцисс – число пластин i). По графику определить слой половинного поглощения и вычислить значения m; для этого вычислить толщину поглотителя, соответствующую слою половинного поглощения: = id, где d – толщина пластины (кг/м3).

ПРИМЕЧАНИЕ.

Числа на экране дисплея высвечиваются в течении 4 секунд, если за это время Вы не успели записать показания, то необходимо нажать тумблер «Display» ® 5 вверх и на экране дисплея высветиться это число, оно будет на экране до тех пор, пока Вы не отпустите тумблер.



Поделиться:

Дата добавления: 2015-09-15; просмотров: 40; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.005 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты