МУ-Я-3 (1003902)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

1Московский Государственный Технический университет им. Н.Э.БауманаС.П.Бабенко, И.Н.АлиевРАДИОАКТИВНОСТЬ ЯДЕР.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ α- И β-ИЗЛУЧЕНИЙ С ВЕЩЕСТВОМ.Методические указанияк лабораторной работе Я-3 по курсу "Общая физика"МГТУ, 1991Рассмотрены свойства α- и β-распадов, свойства образующихся при этом излучений, законыпрохождения их через вещество. Изложена методика измерения некоторых параметров,характеризующих α- и β-излучения. Для студентов 2-го курса всех специальностей МГТУим.Н.Э.Баумана.Цель работы – знакомство со свойствами радиоактивного распада ядер, взаимодействиемизлучения с веществом.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬЯвление радиоактивности заключается в самопроизвольном распаде ядер с испусканиемили поглощением (К-захватом) нескольких частиц.

Распад характеризуется временем егопротекания, сортом испускаемых частиц, их энергией, а при вылете нескольких частиц ещёотносительными углами между направлениями вылета. Процесс распада протекает свыделением энергии Wp, определяемой соотношением [1]mx c 2 = m y c 2 + ∑ mi ⋅ c 2 + W p ,iгде mx, my, mi – соответственно массы покоя исходного материнского ядра, конечного дочернегои вылетающих частиц. Энергия выделяется в форме кинетической энергии продуктов распада.Условие Wp>0 необходимо, но недостаточно для того, чтобы ядро было радиоактивным.Энергетически выгодный распад может не состояться, если не соблюдены законы сохранениямомента количества движения, электрического заряда, барионного заряда и др.

Наблюдаютсятри типа радиоактивности: α-, β- (β- с выделением электронов и β+ с выделением позитронов) иγ-распад. В данной работе изучаются свойства первых двух.Свойства α- и β-распадов.При α-распаде из исходного ядра выбрасывается α-частица с зарядовым числом 2 имассовым числом 4, являющаяся ядром атома гелия. В данной работе наблюдается чистый αраспад, при котором рождение нового ядра сопровождается излучением только α-частиц. Приэтом массовое число А ядра уменьшится на 4 единицы, а зарядовое на две. Схемы такогораспада:AA-4+ 2 α4 ,ZX → Z-2Yα-распад характерен только для тяжёлых ядер.Так как масса α-частицы обычно существенно меньше массы дочернего ядра,2практически вся энергия распада передаётся α-частице, т.е. Wα≈(mx-my-mα)c . Поэтому, еслидочерние ядра образуются невозбуждёнными, все α-частицы, испускаемые ядрами одного типа,имеют одинаковую энергию.При распаде нейтрон в ядре самопроизвольно превращается в протон с испусканиемэлектрона и электрически нейтральной частицы со спином 1/2, которая называетсяэлектронным антинейтрино и обозначается символом ν! e .

Массовое число А ядра при этомсохраняется, а зарядовое число Z увеличивается на единицу. Схема такого распада:2ZXA →Y A + e −1 + ν! e .Z−1Испускаемый радиоактивным препаратом поток электронов может регистрироваться спомощью стандартных счётчиков заряженных частиц.

Антинейтрино очень слабовзаимодействуют с другими частицами, и обнаружение их требует специальных, сложныхэкспериментальных установок.Характерная особенность β-излучения – непрерывный спектр энергий испускаемыхэлектронов в некотором конечном интервале ∆W=0÷Wmax. Такой вид энергетического спектра βчастиц объясняется вылетом из ядра одновременно двух частиц. Энергия распада, равнаяWp = (mx– my – me)⋅c2, в каждом акте распада распределяется между электроном и антинейтринослучайным образом. Вследствие этого при одновременном большом числе распадоводинаковых ядер в результате статистического усреднения наблюдается характерноераспределение вылетающих из препарата электронов по энергиям.

В таком распределенииимеет место резкая правая граница энергетического спектра β-частиц. При этом максимальнаякинетическая энергия Wmax, которую может иметь электрон, равна энергии распада. Среднее13значение энергии электронов составляет < W >= ⋅Wmax .Взаимодействие α- и β-излучений с веществом.При прохождении любых заряженных частиц через вещество могут протекатьследующие процессы:I. Упругие взаимодействия с ядрами атомов.

При этом часть кинетической энергии Епадающей частицы передаётся атомам отдачи. Суммарная кинетическая энергиясталкивающихся частиц остаётся постоянной.II. Упругие столкновения с атомными электронами.III. Неупругие столкновения со связанными электронами. Теряемая частицей энергиярасходуется на ионизацию атомов и молекул (ионизационные потери).IV. Неупругие столкновения с ядрами атомов. Они приводят к образованию квантовтормозного излучения, возбуждению ядерных уровней или ядерным реакциям. Кинетическаяэнергия взаимодействующих частиц уменьшается на значение энергии, потраченной науказанные возбуждения.V. Испускание частицей излучения при её скорости v, превышающей фазовую скоростьсвета в среде (эффект Вавилова-Черенкова).Преобладание того или иного процесса во взаимодействии частицы с данным веществомопределяется такими параметрами частицы, как масса m, заряд q, энергия Е.Расчёты показывают, что при самых малых скоростях заряженных частиц в процессахвзаимодействия преобладают упругие соударения.

Для этого вида взаимодействия нужноотметить следующее:1. Интенсивность взаимодействия налетающей частицы с ядрами атомов в Z (зарядовое число)раз больше, чем с электронами.2. Рассеяние электронов на ядрах протекает гораздо интенсивнее, чем рассеяние α-частиц.3. Для электронов интенсивнее протекает и процесс обратного рассеяния. Однако нужноотметить, что обратное рассеяние заметно и для α-частиц. Именно по этому эффекту Резерфордсделал вывод о существовании атомного ядра.В области энергии Е от нескольких килоэлектрон-вольт (кэВ) до десяти мегаэлектронвольт (МэВ), представляющей наибольший практический интерес, у заряженных частицпреобладают ионизационные потери.

При этом потери энергии на единицу длины пройденногопути таковы:dEZ 2 e4 n= B⋅,dxmv 2(1)где Z – зарядовое число налетающей частицы, m – масса мишени, v – скорость частицы, n –3число электронов в единице объёма вещества, B – сомножитель, слабо зависящий от значениякинетической энергии частицы.По ионизационному взаимодействию нужно отметить следующее.Для нерелятивистских частиц (Е<mc2):1. При v=const потери примерно одинаковы для однократно заряженных частиц любых масс.Mv 2dE= const величинапропорциональна массе частицы М.

Такая зависимость2. При E =2dxочень важна на практике, особенно для метода регистрации заряженных частиц. Например, вядерных фотоэмульсиях протон с энергией Е=5 МэВ оставляет отчётливый след, а электронтакой же энергии практически незаметен.Для релятивистских частиц (Е>>mc2) в выражении (1) скорость частицы стремится кdEпрактически перестаёт зависеть от кинетическойскорости света c=const и потому величинаdxэнергии частицы. Это означает, что треки всех заряженных релятивистских частиц имеютпрактически одинаковую толщину. Поэтому релятивистские частицы по трекам различитьпрактически невозможно.Строго говоря, рассеяние заряженных частиц на ядрах – процесс неупругий.Действительно, он сопровождается отклонением от первоначального направления движения и,следовательно, потерями энергии на излучение (радиационные потери).

Известно, чтоинтенсивность излучения пропорциональна квадрату ускорения a, т.е. Ip~a2. Так какF zza = " 1 2 , тоm m1z12 ⋅ z22(2)m12Согласно выражению (2), при Е=const и прочих равных условиях потери электронов наизлучение в 107 раз больше, чем потери α-частиц.Расчёты показывают следующее:а) для нерелятивистских частиц радиационные потери почти не зависят от энергии, а длярелятивистских – быстро увеличиваются с ростом Е;б) для α-частиц радиационные потери пренебрежимо малы по сравнению с ионизационными;в) для электронов при больших энергиях (Е>mc2) преобладают радиационные потери.Неупругое взаимодействие α-частицы с ядром может быть сильным и приводить ккаким-либо ядерным реакциям.

Такие взаимодействия осуществляются в 1012 раз реже, чемупругие взаимодействия с ядрами.При больших же энергиях, когда скорость частицы удовлетворяет условию v≥0,667⋅c (всреде с показателем преломления n=1,5), энергия частиц теряется и на излучение Черенкова.Скорость v=0,667⋅c соответствует пороговой энергии электрона (E=200 кэВ) и α-частицы (E=1.2Ip ~ГэВ). При v→с потери энергии за счет излучения Вавилова-Черенкова составляют dE # 1 кэВ ,dxсмчто существенно меньше, чем для других видов потерь.Пробеги заряженных частиц. Закон прохождения частиц через слои среды.Пробегом частиц в веществе называется путь, пройденный этой частицей до остановки.В области ионизационных потерь, которой мы будем в дальнейшем интересоваться,заряженные частицы отдают свою энергию малыми порциями, и траектория представляет собойломаную линию (рис.1).Пробег RЛ вдоль траектории частицы называется линейным.

Длина вектора,соединяющего точку входа частицы в мишень с точкой, в которой она остановилась, называютвекторным пробегом Rb. Длина проекции векторного пробега на направление первоначального4движения частицы называется проективным пробегомRП. Обычно при описании проникновения частицы вRпглубь среды пользуются последним понятием.Электроны при столкновении отклоняютсязначительно сильнее, чем α-частицы, поэтому значенияRЛ и RП электронов сильно (в 1.5 … 4 раза) отличаются,а для α-частиц они практически равны.RлПо этой причине статический разброс значений RRb(RЛ, Rb и RП) при заданной энергии для α-частиц должнобыть гораздо меньше, чем для β-частиц.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов книги