Краткая теория. Определение длины пробега альфа-частиц

Определение длины пробега альфа-частиц

Навчальне видання

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу «Будівельна теплофізика» для іноземних студентів напряма підготовки 0601 «Будівництво і архітектура»

Укладачі: Ізбаш Михайло Юрійович

Маліков Костянтин Харисович

Кононенко Ганна Юріївна

Крутова Наталія Олександрівна

Поляк Надія Едуардівна

Єгоров Вячеслав Олегович

Фенніков В’ячеслав Юрійович

Відповідальний за випуск М.Ю.Ізбаш

Редактор Л.І.Христенко

План 2014, поз. 32. Формат 60х84 1/16. Папір друк. №2.

Підп. до друку Обл.-вид. арк. 1,8. Безкоштовно.

Надруковано на ризографі. Умов. друк. арк. 1,6.

Тираж 50 прим. Зам. № 2419.

_________________________________________________________________

ХНУБА, Україна, 61002, Харків, вул. Сумська, 40

Підготовлено та надруковано РВВ Харківського національного

університету будівництва та архітектури

Изучаемые разделы дисциплины Физика: радиоактивность, законы α -распада, прохождение альфа частиц через вещество.

Цель работы: получение кривой прохождения α - частиц через вещество, определение длины среднего пробега и энергии α -частиц.

Используемое оборудование: блок детектирования, содержащий источник и счетчик α-частиц, блок питания, скамья со шкалой для перемещения источника.

Главными характеристиками α-радиоактивных ядер и испус­каемых ими α-частиц являются период полураспада T_½, кинетическая энергия T_α и пробег R_α. Существуют следующие основные закономерности и особенности α-распада.

· В 1911 г. Гейгер и Нетолл установили, что для всех α - радиоактивных элементов период полураспада T _1/2 α-радиоактивного ядра и энергия E_α испускаемой им α-частицы связаны соотношением

,

где постоянные C₁ и C₂ практически одинаковы для всех радиоактивных семейств. Эти постоянные являются эмпирическими, то есть определяются из эксперимента.

· За очень небольшими исключениями, энергия α-частиц Е_α и периоды полураспада T_½ для всех из­вестных в настоящее время α - радиоактивных ядер заключены в пределах

· Как правило, α - радиоактивностью обладают ядра с за­рядом Z > 82 (тяжелее свинца), причем энергия α - частиц растет с ростом Z ядра.

· Обычно ядра испускают α-частицы не с одним, а с несколькими близкими значениями кинетиче­ской энергии.

Объяснение природы α-распада заключается в эффекте преодо­ления потенциального барьера α-частицей при ее вылете из атомного ядра. В мире ми­крочастиц, движение которых описывается не классической, а квантовой механикой, возможен процесс так называемого туннельного перехода - прохожде­ния частицы через потенциальный барьер. Соответствующая задача решается в квантовой механике (Гамов, 1928). Решение получается в виде выражения для коэффициента прозрачности барьера D. Величина коэффициента прозрачности потенциального барьера D имеет физический смысл вероятности для α-частицы пройти через потенциальный барьер.

Альфа-частицы взаимодействуют с веществом посредством упругого рассеяния и ионизационного торможения. Кулоновское поле электронов атомов вещества взаимодействует с движущейся α - частицей, которая при этом теряет энергию, постепенно останавливаясь. Это процесс ионизационного торможения. Характерной особенностью альфа-частиц является существование у них определенного пробега R, т.е. расстояния, которое проходит частица до момента полной потери энергии.

Для определенной среды и частицы с данным зарядом величина потерь энергии, отнесённая к единице пути, является функцией только кинетической энергии. Учитывая этот факт, можно вычислить полный пробег частицы, то есть путь R, который заряженная частица проходит до остановки и полной потери кинетической энергии:

.

Обычно пробег измеряется в единицах длины или длины, умноженной на плотность (г/см²).

Если исследовать монохроматический поток α-частиц и подсчитывать число частиц, увеличивая постепенно расстояние между источником и детектором, то есть заставляя альфа-частицы проходить все больший слой воздуха, то число N частиц в пучке начинает на определенном расстоянии падать не сразу до нуля, а с некоторым наклоном (кривая 1 на Рис.1.).

Рис. 1.

Если эту кривую продифференцировать и построить величину dN/dx в зависимости от толщины слоя x, то получится кривая 2 (Рис.1.) с резким максимумом при x=R₀, показывающим, что подавляющее большинство α-частиц имеет определенный пробег с некоторым разбросом в ту и другую сторону. В диапазоне энергий 4 < E_α < 15 Мэв используют для оценки E_α зависимость:

Дата добавления: 2014-11-16