Лабораторная работа № 94

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ β И  γ-ЛУЧЕЙ

Фамилия И.О. _________________   Группа __________   Дата ______

Введение

Ядро атома состоит из элементарных частиц – протонов и нейтронов. Протон 1Р1 имеет положительный заряд, равный по абсолютной величине заряду электрона –1е0. Нейтрон 0n1 – электрически нейтральная частица. Эти частицы ядра называются нуклонами.

Интенсивность β и γ-излучений может быть исследована с помощью счетчиков Гейгера-Мюллера.

Для регистрации заряженных частиц в счетчиках используется усиление ионизационного тока за счет разряда, возникающего при попадании заряженной частицы в объем счетчика.

Счетчики Гейгера-Мюллера представляют собой обычный цилиндрический конденсатор, внутренним электродом которого служит тонкая, установленная по оси цилиндра, металлическая нить (анод) диаметром от 0,1 до 0,2 мм (рис. 59).

Заполняется счетчик каким-либо газом (водород, воздух, аргон) до давления от 1 мм до 100 мм.рт.ст. Между анодом А и катодом К (цилиндром) создается разность потенциалов несколько ниже разности потенциалов, при которой происходит самостоятельный разряд в газе (700-1200 В).

При попадании заряженной частицы в счетчик в нем возникает лавинный разряд, ток которого, проходя через большое сопротивление (порядка 109 Ом) регистрирующего прибора вызывает падение напряжения между электродами – разряд при этом прекращается. Через промежуток времени порядка 10-4 с разность потенциалов между электродами счетчика восстанавливается. Появление новой заряженной частицы в объеме счетчика ведет к возникновению нового разряда и т.д.

Одной из характеристик, определяющей качества счетчика, является зависимость между скоростью счета (числом импульсов в минуту) и напряжением, приложенным к электродам, при воздействии на него излучением постоянной интенсивности (рис. 60).Счетчик реагирует на заряженные частицы при напряжении выше V1, при напряжении от V1 до V2 число отсчетов увеличивается с напряжением почти линейно. Более или менее горизонтальная часть (от V2 до V3) характеристики называется плато.

В этой области при повышении напряжения число отсчетов в минуту изменяется незначительно. При напряжении большем V3 происходит непрерывный разряд. Рабочее напряжение счетчика должно соответствовать средней точке плато.

В каждом счетчике, работающем в режиме рабочего напряжения, возникают  разряды, даже при отсутствии заряженных частиц. Они могут быть вызваны космическими лучами или какими-либо другими факторами. Эти разряды принято называть темновым фоном. Темновой фон при работе со счетчиком должен всегда учитываться путем вычитания фона от общего числа импульсов в единицу времени.

При прохождении через вещество интенсивность β и γ-излучения уменьшается по экспоненциальному закону:

                                                       (1)

где μ – коэффициент поглощения;

I1 – интенсивность излучения после прохождения слоя вещества толщиной Х;

I0 – интенсивность излучения до взаимодействия с данным веществом (без поглощающего вещества).

Коэффициент поглощения:

где μф – коэффициент ослабления γ-излучения, обусловленный явлением фотоэффекта;

μк – коэффициент ослабления, обусловленный комптон-эффектом;

μп – коэффициент ослабления излучения в результате образования пар позитрон-электрон.

Ввиду того, что число импульсов в единицу времени зарегистрированных счетчиком частиц пропорционально интенсивности излучения, можно записать:

                                                         (2)

где n0 – скорость счета без поглощающей среды;

n1 – скорость счета после прохождения среды толщиной Х;

Отсюда можно определить коэффициент поглощения β и γ-излучений.

                                                  (3)

 

Порядок выполнения работы

1.         Включить установку в сеть с помощью сетевого шнура.

2.         Перевести тумблер «сеть» в положение «вкл.». При этом должна загореться сигнальная лампочка. Прогреть прибор в течение 3-5 мин.

3.         Ручкой регулятора высокого напряжения установить напряжение 700 В. Ручку вращать медленно, учитывая, что напряжение на выходе растет медленнее, чем напряжение на показывающем приборе.

4.         Нажать кнопку «сброс».

5.         Шкалы электромеханического счетчика установить на нуль.

6.         Установить коэффициент пересчета (1х1).

7.         Одновременно включить тумблер «пуск» и секундомер. Через 1 минуту выключить тумблер «пуск» и секундомер. По показанию механического счетчика вычислить число импульсов фона в минуту. Ручкой регулятора высокого напряжения установить рабочее напряжение.

8.         Определить число импульсов в минуту – n0 в отсутствие поглощающего вещества (медной или алюминиевой пластинки). Измерение провести три раза и взять среднее.

9.         Против отверстия свинцового домика, между счетчиком и препаратом, установить пластинку меди, измерив заранее ее толщину, и определить число импульсов n1. Повторить измерения три раза и взять среднее.

10.      Против отверстия свинцового домика, между счетчиком и препаратом, установить пластинку алюминия, измерив заранее ее толщину, и определить число импульсов n1. Повторить измерения три раза и взять среднее.

11.      Подставляя в формулу (3) значения n0 и n1 с учетом фона, определить коэффициент поглощения μ для различных веществ (Al, Cu, Pb).

Контрольные вопросы

1.          Состав, масса,  размеры ядра. Изотопы. Сколько протонов и нейтронов              содержится в

2.          Что такое α, β, γ-излучения?

3.          От чего зависит поглощательная способность тел?

4.          Какие существуют счетчики элементарных частиц?

5.          Каков принцип работы счетчика Гейгера-Мюллера? Что такое плато счетчика?

6.      Чем объяснить существования фона счетчика?

7. Дать определение коэффициента линейного поглощения. Какова его размерность

8.       Что называется периодом полураспада элемента?

9.       Что называется активностью элемента? В каких единицах она измеряется?

10.       Какой изотоп образуется из  после 2-х β – распадов и одного α – распада ?

11.       Найти энергию связи ядра изотопа .

12.       Во сколько раз уменьшится активность препарата 15Р32 через t = 20 сут. Т1/2 = 14,3 суток для 15Р32 ?

 

 

N  п/п

nф

xAl

μAl

xCu

μCu

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

3