Пробег альфа-частиц

Путь, который проходит a -частица до полной потери энергии, называется пробегом a -частицы.

Траектории a -частиц в веществе прямолинейны, что особенно ясно можно видеть на фотографии следов a -частиц в камере Вильсона (рис. 1.2).

Прямолинейность траектории a -частиц объясняется тем, что масса их приблизительно в 7×10³ раз больше массы электронов, с которыми они взаимодействуют, проходя через электронную оболочку атомов или молекул. Поэтому при поглощении a -частиц веществом они постепенно теряют свою энергию, передавая ее электронам, но не получают при этом импульса, достаточного для заметного отклонения их от прямолинейного пути. Постепенно отдавая свою энергию электронам, a -частица на конечном отрезке пути задерживается в веществе и перестает оказывать какое-нибудь действие. Величина пробега a -частицы, таким образом, зависит не от длины пути, проходимого a -частицами в веществе, а от числа молекул, встреченных a -частицами. Поэтому следует ожидать, что величина пробега a -частиц будет обратно пропорциональна концентрации молекул вещества. Это подтверждается на опыте, который показывает, что величина пробега a -частиц обратно пропорциональна плотности данного газа.

Величина пробега a -частиц может быть определена при наблюдении какого-либо их действия на различном расстоянии от источника излучения. Таким образом, величину пробега a -частиц можно определить, наблюдая уменьшение числа сцинтилляций, даваемых a -частицами на экране, покрытом сернистым цинком, при увеличении расстояния между источником излучения и экраном. При удалении источника a -излучения на расстояние, равное пробегу a -частиц, сцинтилляции прекращаются.

Гейгером и Неттолом установлено, что для всех a -излучателей естественных радиоактивных семейств связь между постоянной a -распада (l) и пробегом (R) выражается уравнением:

lnl = A + BlnR (1.1)

где А и В – постоянные.

Из уравнения следует, что чем меньше период полураспада, тем больше энергия a -частиц.

Естественные радиоактивные изотопы испускают a - частицы с энергией 4–9 Мэв, что соответствует скорости 1,4 – 2,1×10⁹см/сек (14000 –21000 км/сек).

Зависимость между Е (в Мэв) и скоростью a - частиц (см/с) описывается уравнением:

E = 2,08×10^-18 V ² (1.2)

Длина пробега a - частиц в воздухе при 760 мм.рт.ст. и температуре 15 ^оС зависит от энергии a -частиц (МэВ) или соответственно от начальной скорости определяется по формуле:

R = K×E_a^3/2 (1.3)

(Величина К зависит от единиц измерения и среды, и, если энергия в Мэв, среда – воздух, Р = 760 мм рт.ст., температура 15 ^оС), то для воздуха величину пробега от энергии a -частицы можно определить по формуле:

R_в = 0,316 E_a ^3/2 (1.4)

При изменении энергии a -частиц от 4 до 9 Мэв длина пробега их в воздухе возрастает от 2,6 до 9 см. Пробег a -частиц в жидкостях и твердых телах измеряется десятками микрон.

Например, a-частица RaC c E = 9,7 Mэв пробегает в воздухе 7,7 см, в литии» 130 микрон, в железе – 19 микрон, в платине – 13 микрон.

В общем случае, величина пробега:

1) обратно пропорциональна плотности вещества (правило Брегга-Климана);

2) прямо пропорциональна корню квадратному из атомного веса. По этому правилу можно определить пробег в другом веществе, если известен пробег в воздухе.

Пользуясь этим законом, можем вычислить величину пробега a -частиц в любом веществе с точностью ± 15 % по формуле:

R =R_o× (1.5)

где R – пробег a- частицы в веществе;

R_o – пробег a- частицы в воздухе;

r_о и A₀ – соответствующие значения для воздуха, причем для воздуха r_о = 1,29 г/л, атомная масса принимается равной 14,4.

r, А – плотность и атомный вес вещества.

R @ 3×10^-4 (1.6)

где r – плотность поглощающего вещества;

А – его атомная масса;

R₀ – величина пробега в воздухе.

На практике удобно выражать эту зависимость в единицах массы вещества, приходящейся на 1 см², а именно (г/см²):

(1.7)

Для характеристики различных поглотителей вводится понятие атомной тормозной способности вещества, которая принимается пропорцио­нальной числу атомов данного вещества, поглощающего a -излучение, так же как и эквивалентное число атомов (O₂, N₂) воздуха. Относительная тор­мозная способность S выражается следующим образом:

: (1.8)

где d_o,d_r – эквивалентная толщина воздушного слоя и толщина поглощающего слоя вещества, соответственно

r – плотность вещества;

А – его атомная масса;

r_o и A_o – соответствующие значения для воздуха, причем для воздуха атомный вес принимается равным 14,4.

Наблюдения показали, что тормозная способность S увеличивается с увеличением атомного веса поглощающего элемента приблизительно пропорционально корню квадратному из атомного веса.

Экспериментально установлено, что отношение относительной тормозной способности S к корню квадратному из атомного веса приблизительно постоянно для различных химических элементов.

Таблица 1.1.

– Относительная тормозная способность элементов в зависимости от атомного номера и массы

Элемент	Атомный номер (Z)	Атомная масса (А)	Относительная тормозная способность (S)	(SA^-1/2)	(SZ^-2/3)
Н			0,24	0,240	0,240
N			0,94	0,252	0,256
Воздух	(7,2)	(14,4)	1,00	0,264	0,269
О			1,05	0,262	0,262
А1			1,49	0,288	0,270
S			1,76	0,312	0,275
Au			4,22	0,301	0,228
Pb			4,27	0,298	0,226

Дата добавления: 2014-01-14