Лабораторна робота № 1

ВИЗНАЧЕННЯ ГРАНИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ β -СПЕКТРУ РАДІОАКТИВНОГО ІЗОТОПУ МЕТОДОМ ПОГЛИНАННЯ

МЕТА РОБОТИ: визначення енергії β -спектру радіоактивних ядер методом поглинання β -випромінювання.

ЗАВДАННЯ: 1) ознайомитися з роботою радіометра-дозиметра МКС-01Р;

2) провести дослідження залежності кількості імпульсів, зареєстрованих приладом, від товщини шару Al;

3) визначити максимальну енергію β -частинок при
β -випромінюванні.

ПРИЛАДИ І МАТЕРІАЛИ: радіометр-дозиметр МКС-01Р; мікрометр;

набір пластинок Al різної товщини.

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

На відміну від α - і γ -випромінювання, енергетичні спектри яких дискретні, спектр β -випромінювання є суцільним. Типовий розподіл енергії для спектра β -частинок, представлено на рис.1, де N (E) – число електронів з енергією Е _і. Спектри всіх β -випромінювачів подібні до спектру, зображеного на рис.1, відрізняються вони лише максимальним значенням енергії, верхньою межею, яка для різних ізотопів знаходиться в межах від 18 кеВ (для ) до 16,6 МеВ (для ).

Особливістю β -розпаду є утворення нейтрино поряд з електроном (позитроном), яке забирає частину енергії, що виділяється під час розпаду ядра. У багатьох випадках дочірнє ядро утворюється в збудженому стані і його перехід до нормального стану завершується випромінюванням γ -фотона. Спектри
β -частинок, як і α -частинок, дають можливість визначити енергетичні рівні ядер. У випадку β -випромінювання внаслідок утворення двох частинок необхідно користуватися значенням максимальної енергії β -частинок. Граничну енергію β -розпаду Е _max, яка рівна енергії переходу ядра, можна визначити методом поглинання β -потоку.

Метод поглинання базується на аналізі кривої поглинання частинок у речовині. Якщо через пластинку металу товщиною d пропустити потік частинок, то внаслідок розсіяння електронів і вибування їх з потоку, інтенсивність потоку зменшується. У першому наближенні залежність інтенсивності потоку β -частинок від товщини d поглинача є експоненціальною:

І _х = І ₀ е ^{(- μρ d )}, (1)

де І ₀ – інтенсивність падаючого потоку;

І _х – інтенсивність потоку після проходження шару поглинача товщиною d;

μ – масовий коефіцієнт поглинання; ρ – густина речовини.

Величину ρd (кг/м²) називають масовою товщиною поглинаючого шару. При деякій товщині d _max спостерігається повне поглинання β -частинок потоку. Значення d _max ρ = R вважається ефективним пробігом частинок. Ця величина практично не залежить від роду поглинача і зручна для визначення граничної енергії Е _max β -спектру.

Зв’язок між величинами R i E _max заданий формулами:

R = 0,54 E _max – 0,13 для 0,8 < E < 3 МеВ; (2)

R = 0,41 E _max – 1,4 для 0,15 < E < 0,8 МеВ. (3)

У виразах (2) і (3) R вимірюється в г/см², а Е – в МеВ.

Для експериментального визначення R між джерелом випромінювання і лічильною установкою розміщують алюмінієві пластинки різної товщини і при досягненні d = d _max інтенсивність β -потоку стає рівною нулю і лічильник фіксує лише фон.

Побудувавши криву залежності = f (d), яка має вигляд представлений на рис.3, можна визначити R. Визначення R ускладнюється ще тим, що крива залежності (d) поблизу граничного значення товщини фільтра асимптотично наближується до вісі d, тобто не має чіткої межі. Тому є сенс побудувати графік у напівлогарифмічному масштабі: ln = f (d).

За графіком функції ln (d) визначаємо d _max, як показано на рис.4.

Енергію E _max можна визначити, якщо відома товщина шару поглинача, при якій інтенсивність потоку β -частинок зменшується в 2 ⁿ разів (n = 1; 2;... n). Гранична енергія визначається за допомогою номограми (рис.5). По вісі абсцис відкладають товщину шару алюмінію, яка зменшує інтенсивність потоку в 2¹; 2²; 2³;...; 2 ⁿ разів.

На номограмі числа біля кривих відповідають значенням n, а вздовж вісі ординат – граничній енергії E _max. Для визначення E _max цим методом необхідно знайти за допомогою кривої поглинання (рис.3) величини товщини шарів, при яких інтенсивність спадає в 2, 4, 8,... n разів і за графіком на рис.5 знайти значення E _max.

Дата добавления: 2015-05-24