МУ-Я-3 (1003902), страница 2
Текст из файла (страница 2)
ЭтоРис. 1подтверждается экспериментальными зависимостями(рис. 2) относительного числа частиц N/N0 изпараллельного пучка, проходящих через слой вещества, от толщины этого слоя.NαNβN0αN0β110,50,50R0aRЭR MAXx0R0RЭR MAXxбРис. 2В связи со статистическим разбросом значений R вводится понятие среднего пробега R0,экстраполяционного RЭ и максимального RMAX (см. рис.
2). Средним пробегом R0 обладаетполовина всех падающих частиц. Экстраполяционный пробег RЭ - это величина, которуюотсекает касательная к кривой N/N0=f(x), проведенная через точку перегиба. Максимальныйпробег RMAX - максимальное расстояние, проходимое частицей в веществе.Разность δ=RЭ–R0 называется разбросом пробегов. На практике обычно пользуютсяпонятием экстраполяционного пробега.Приведенные кривые описывают проникновение в вещество монохроматических поэнергии частиц, движущихся в параллельном потоке.В данной лабораторной работе исследуются частицы от плоского источника,примыкающего к слою среды.
В этом случае для тяжелых монохроматических по энергиичастиц справедливо соотношение [3]x N ( x ) = N ( 0 ) 1 −, RЭ где N(0) и N(x) - число частиц падающих на поглощающий слой и проходящих через него завремя ∆t, RЭ - экстраполяционный пробег. Видно, что N уменьшается с ростом толщины слоя xпо линейному закону.Опыт показывает [4], что непрерывность спектра энергии β-частиц радиоактивногораспада в случае такого же плоского источника приводит к зависимости5N ( x ) = N (0 ) ⋅ e −µ⋅ xгде μ – коэффициент поглощения.Видно, что число электронов N уменьшается по экспоненциальному закону.Наличие таких характерных зависимостей N(x) позволяет использовать их для проверкиэнергетической монохроматичности тяжелых частиц и непрерывности энергетического спектралегких частиц.Методика проверки энергетического спектра излучений исследуемых источников.Индикаторный прибор фиксирует не только излучение источника, но и фоновоеизлучение.
Поэтому экспериментально должны получить зависимостиxN α ( x ) = N α ( 0 ) 1 − + N αФ , RNβ ( x ) = Nβ ( 0 ) e−µx + NβФ ,где NαФ и NβФ- числа частиц, регистрируемых счетчиком в отсутствии источника за то же время,за которое измеряются Nα(x) и Nβ(x). На рис. 3 и 4 графически изображены зависимости(Nα-NαФ)=f(x) и lnNβ=f(x).Nα-NαФlnNβlnN βФRРис. 3xRxРис. 4Если экспериментальные точки (Nα-NαФ), снятые для α-источника, хорошо ложатся напрямую линию в зависимости от x (см. рис.
3), то с хорошей степенью точности можно считать,что источник α-частиц монохроматичен по энергии. Пробег α-частиц Rα в этом случае можетбыть найден как точка пересечения линии (Nα-NαФ) с осью x.Энергию α-частиц Wα можно определить по найденному пробегу Rα, пользуясьэкспериментальной зависимостью Rα от Wα (табл. 1) для применяемого в работе материала(терилена).Таблица 1Rα55.566.577.588.59Wα232630343843485358Для определения максимальной энергии Wβmax в спектре β-частиц и пробега Rβmax βчастиц с такой же энергией применяется аналогичная методика. Разница в том, что в этомслучае при толщинах слоя, близких к длине пробега, фон вносит большие искажения вэкспоненциальный закон.
Анализ показывает, что в этом случае о мере выполнимостиэкспоненциальной зависимости Nβ от x можно судить по степени линейностиэкспериментальной кривой lnNβ=f(x) для малых x. За пробег нужно принять значение x,соответствующее точке пересечения двух асимптот начального и конечного участков6экспериментальной зависимости lnNβ(x) (см.
рис. 4). Максимальная энергия спектра β-частицопределяется по найденному значению пробега Rβ и известной экспериментальной зависимостиRβ от Wβ (табл. 2) для алюминия используемого в работе в качестве поглотителя.Таблица 2Rβ0.20.30.40.50.60.70.80.91.01.25 1.752.0Wβ 0.155 0.281 0.426 0.593 0.780 0.960 1.150 1.300 1.520 2.020 3.010 3.510ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬИсточники α- и β-излучений, используемые в работе.Источником β-излучения выбрано химическое соединение KCl.
Радиоактивным в этомсоединении является присутствующий в природных образцах KCl изотоп элемента K40. РаспадK40 сопровождается β- и γ-излучением. Однако число γ-распадов составляет лишь 10%, а βраспадов – около 89% от их общего числа. Кроме того, из-за выбора рабочего веществасчетчика и его геометрии регистрация проходящих через него γ-квантов происходит в сто разреже, чем β-частиц. Поэтому можно считать, что в опыте регистрируются только β-частицыисточника.Источник α-излучения в работе получают продуванием атмосферного воздуха черезспециальный фильтр.В окружающей нас среде присутствуют радиоактивные изотопы, имеющие либокосмическое, либо земное происхождение.Гораздо большую роль играют изотопы земного происхождения, среди которыхпреобладают радон и его продукты распада [2,3].
Радон – один из дочерних продуктоврадиоактивного семейства урана, входящего в состав Земли и геосферы. Появление его ввоздухе обусловлено тем, что в нормальных условиях радон - это газ. Продукты распадарадона, связанные в цепь распада (рис. 5), - твердые вещества, которые находятся в воздухе восновном в виде атомов, осевших на аэрозольные частицы. Эти частицы легкоконцентрируются на специальных тонких фильтрах, которые можно использовать как источникизлучения.Хотя в каждом звене этой цепи, взятом изолированно, убывание вещества происходитэкспоненциально, и время жизни определяется периодом полураспада каждого продукта,изменение во времени промежуточных веществ в цепи подчинено довольно сложному закону.Вещества с малым периодом сохраняются в тех случаях, когда непрерывно возникают вновь изпромежуточных членов семейства.
Родоначальником изучаемых радиоактивных элементовRaA, RaB, RaC, RaC’ в воздухе является радон. Он не сорбируется на используемых фильтрах.Поэтому на них быстро исчезает первый в ряду (см. рис. 5) α-активный RaA, имеющий периодполураспада T1/2=3.05 мин. После этого на источнике из всех короткоживущих продуктовраспада остается единственный α-активный элемент RaC’.Поскольку α-частицы изотопа RaA не фиксируются, то энергетический спектрнаблюдаемых α-частиц изотопа RaC’ должен быть монохроматичным.Поэтому α-частицы RaC’ могут быть использованы для снятия кривой поглощения всреде, определения пробега и доказательства монохроматичности по энергии α-частицопределенного радиоактивного изотопа.Описание экспериментальной установки.Внешний вид экспериментальной установки показан на рис.
6. Часть установки,используемая для наблюдения α-излучения, состоит из сцинтилляционного счетчика α-частиц 17RaBRaARn26,8мин3,05мин38,25дн.65,490,7219,3мин1,653,172,2года1,64⋅⋅ 10-47,69сек0,295днPb1,17138,3днястабилен5,3Рис. 5(рис. 6 а), индикатора 2, конструкции 3 и 7, в которые вставляются кассеты с исследуемымисточником (рис. 7 а) и поглощающим материалом (рис. 7 б). Источник вставляется в нижнийпаз 4 (см. рис. 6 а), а поглощающие пластины в верхний паз 5.Источником служит фильтр, через который пропущен некоторый объем атмосферноговоздуха.Для счета частиц используется блок детектирования БДЗА2-011(1) (поз. 6 на рис.
6 а), адля индикации – измеритель скорости счета с автоматическим переключением диапазоновУИМ2-2(2). Основной частью счетчика является слой люминофора, нанесенный на прозрачнуюподложку. Под действием регистрируемых α-частиц атомы люминофора возбуждаются ииспускают фотоны. Фотоны попадают на катод фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) ивыбивают из него электроны, умножающиеся далее с коэффициентом K=106. Поэтому одна αчастица вызывает электронную лавину, регистрируемую во внешней цепи фотоумножителя какимпульс тока. Эти импульсы считаются прибором УИМ2-2(2), передняя панель которогопоказана на рис. 8.Прибор включается в сеть тумблером 1. Индикатор – стрелочный прибор 3, которыйпоказывает число частиц n регистрируемых за одну секунду.
Прибор имеет две измерительныхшкалы – красную и зеленую. Они позволяют измерить n в широком диапазоне его значений, таккак могут быть использованы с различными сомножителями 2. Переход на другой сомножительосуществляется автоматически. Работающий в данный момент сомножитель светится. Цветиспользуемой шкалы определяется цветом светящегося квадратика 4 или 5. Кнопка «РАЗРЯД»8Рис.6 аРис. 6 бабРис.78 позволяет (при необходимости) сбросить показания прибора. К прибору УИМ2-2(2) могутбыть подключены одновременно два датчика.
Подключение стрелочного прибора к тому илииному датчику осуществляется кнопками I или II «ИЗМЕРЕНИЕ» (на рис. 8 это поз. 6 и 7).На рис. 9 показано пробоотборное устройство, обеспечивающее источник α-частиц.Воздуходувка 1 прокачивает воздух атмосферы через фильтр 2, т.е. через специализированнуюткань, которая крепится в держателе 3, плотно посаженном на воздуходувку. Установка длянаблюдения β-излучения (см. рис. 6 б) состоит из индикатора счета 2, блока детектированияБДБ2-0М (счетчика Гейгера) β-частиц 6, конструкции 7, крепящей под β-счетчиком источник ипоглощающие пластины.
Источник помещается на плате 8, вставленной в паз 9. Поглощающие9Рис. 8Рис. 9пластины вкладываются между источником и β-датчиком.При необходимости счётчики α- и β-частиц могут быть присоединены к одномуиндикатору одновременно. Переключение на тот или иной счетчик осуществляется клеммами«ИЗМЕРЕНИЕ» I, II.Меры безопасности при выполнении работыУдельная активность используемого в работе источника, т.е.
активность 1 г веществаa=1⋅10-3 c-1⋅кг-1. Согласно санитарным правилам работы с радиоактивными веществами [5] этозначение существенно меньше того (74⋅10-3 c-1⋅кг-1), выше которого источник требуетспециального обращения с ним. Тем не менее рекомендуется :1. Фильтр и пластину с KCl брать пинцетом или в резиновых перчатках.2. Мыть руки после окончания работы.Выполнение эксперимента по исследованию α-излученияПеред началом измерения следует:1. Проверить заземление прибора УИМ2-2(2).2. Нажать на переключателе «ИЗМЕРЕНИЕ» УИМ2-2(2) кнопку I (измерение ведется попервому каналу).3.
Взять у лаборанта поглощающие пластины, фильтр и кассету, в которую он вкладывается.4. Провести тренировочное вкладывание фильтра в кассету и установку кассеты в рабочееположение в паз 4 конструкции 3 (см. рис. 6 а) под α-датчиком.5. Вынуть фильтр из кассеты и приготовить его для продувки воздуха.Порядок проведения экспериментаВНИАНИЕ! Перед проведением измерений помните, что активность изучаемогоисточника уменьшается со временем. Поэтому отвлечение от эксперимента послеготовности источника недопустимо!1. Включить прибор УИМ2-2(2) в сеть.
Индикатор включения – подсветка шкалы.2. Снять после одной минуты прогрева фоновое показание прибора УИМ2-2(2) и занести его втабл. 3.3. Закрепить фильтр в фильтродержателе марлей вверх.4. Подсоединить фильтродержатель к выходу воздуходувки.105. Включить воздуходувку и пропускать воздух через фильтр в течение 10 мин.x1, мкм06121824x=(x1+x2), мкм, где x2=9 мкм915212733Таблица 33039nα, 1/c(nα - nαФ), 1/сn αФ, 1/с6. Выключить воздуходувку через Δt=10 мин после ее включения, вынуть фильтр изфильтродержателя и вставить его в кассету.7. Положить кассету с фильтром под α-датчик.
Ее нужно вставить в паз 4 (см. рис. 6 а) такимобразом, чтобы фильтровальная сторона ткани была обращена к окну α-датчика. Через времяустановления (0.5 мин) снять показания прибора УИМ2-2(2) и занести в табл. 3 в графу х1=0мкм. В табл. 3 введена еще полная толщина поглощающего вещества х, складывающаяся изтолщины используемой поглощающей пластины х1 и толщины защитной териленовой пленких2=9 мкм.8. Вставить в паз 5 конструкции 3 (см. рис.
6 а) кассету с териленовой пленкой толщиной x=6мкм. Через Δt=0.5 мин снять показание индикатора УИМ2-2(2) и занести его в табл. 3.9. Вынуть из-под α-датчика кассету с пленкой толщиной x=6 мкм и заменять еепоследовательно кассетами с пленками x=12, 18, 24, 30 мкм.10. Снять показания прибора nα для каждого значения х. Полученные значения nα занести втабл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
