Вказівки до виконання роботи. Розділ 7. АТОМНА та ядерна Фізика

Лабораторна робота № 7.1. ВИЗНАЧЕННЯ АКТИВНОСТІ РАДІОАКТИВНОГО ПРЕПАРАТУ

Розділ 7. АТОМНА та ядерна Фізика

Контрольні запитання

Хід роботи

1. Ознайомитись з лабораторною установкою.

2. Встановити фотоелемент так, щоб кут a = 0. Ввімкнути джерело світла. Змінюючи відстань r від джерела світла до фотоелемента (5 − 7 значень), записати показники мікроамперметра I.

3. Повторити операції п.2 для кута a = 60⁰.

4. Значення сили світла джерела j та площі фотоелемента S (вказані на установці) занести до таблиці 6.3.1.

5. За формулою (6.3.3) визначити світловий потік Ф для кожного значення r. Результати вимірювань занести до таблиці 6.3.1.

6. Побудувати світлову характеристику фотоелемента I = f (Ф).

7. На лінійній ділянці цієї характеристики та за допомогою формули (6.3.2) визначити інтегральну чутливість q_i фотоелемента.

Таблиця 6.3.1

№ пор.	r,м	I,А	j,Кд	S,м^2	Ф,лм

1. Що таке внутрішній фотоефект?

2. Що таке “червона межа” для внутрішнього фотоефекту?

3. Покажіть схематично будову вентильного фотоелемента та поясніть принцип його роботи.

4. Як у вентильному фотоелементі відбувається пряме перетворення світлової енергії в електричну?

5. Що таке спектральна чутливість фотоелемента?

6. Наведіть приклади використання фотоелементів.

7. Які причини обумовлюють низький ККД фотоелементів?

Мета роботи – ознайомити студентів з методом реєстрації радіоактивного джерела.

Перед виконанням лабораторної роботи необхідно вивчити такий теоретичний матеріал: будова атомного ядра; масове число та заряд ядра; енергія зв’язку та дефект маси ядра; радіоактивне випромінювання та його види; закон радіоактивного розпаду; правило зміщень; методи спостереження та реєстрації радіоактивного випромінювання та частинок.

[ 1, т.3 §§ 15.9–15.13; 2, §§ 251, 254–259; 3, §§ 17.8–17.12; 4, т.3 §§ 14, 66–68, 70]

Радіоактивністю називається процес самодовільного (природного) перетворення одних атомних ядер в інші, який супроводжується випромінюванням різних видів радіоактивних випромінювань і елементарних частинок.

Кількість ядер dN, які розпадаються в середньому за проміжок часу від t до t + dt:

, (7.1.1)

де N – кількість ядер, які не розпалися до моменту часу t; l – стала радіоактивного розпаду.

Розділивши змінні і інтегруючі рівняння (7.1.1), студенти можуть отримати закон радіоактивного розпаду:

, (7.1.2)

де N ₀ – кількість ядер, які не розпалися у початковий момент часу t =0; N – кількість ядер, які не розпалися у момент часу t.

Існує три основні види радіоактивного випромінювання: a, b, і g -випромінювання.

Важливою характеристикою радіоактивного джерела є активність, яка дорівнює кількості розпадів за одиницю часу:

. (7.1.3)

Одиниця виміру активності у системі СІ – беккерель (Бк).

При перетворенні ядра разом з іншими частинками випромінюється g -квант, тому активність можна знаходити за кількістю g -квантів, що випромінюються джерелом за одиницю часу.

Кількість атомів у радіоактивному препараті можна підрахувати за формулою:

, (7.1.4)

де m – маса радіоактивного препарату; m – молярна маса елемента; N _А – стала Авогадро.

Знаючи активність препарату і користуючись формулами (7.1.3) і (7.1.4) знаходять вираз для визначення маси радіоактивного препарату:

. (7.1.5)

У даній лабораторній роботі для визначення активності радіоактивного препарату знаходять кількість g -квантів, зареєстрованих за допомогою лічильника в одиницю часу (І, імп/с).

Враховуючи, що випромінювання поширюється в усі напрямки рівномірно, на лічильник, площа перерізу якого S, на відстані R від джерела припадає S /4p R ² частини повного випромінювання (рис. 7.1.1). Крім того, лічильник реєструє тільки частину h випромінювання, яке на нього падає (h – називається "ефективністю лічильника"). Тому швидкість рахування лічильником g - квантів:

, (7.1.6)

де R – відстань від джерела до лічильника.

Співвідношення (7.1.6) є законом обернених квадратів, за яким інтенсивність випромінювання у даній точці обернено пропорційна квадрату відстані між лічильником та джерелом.

Із співвідношення (7.1.6) видно, що графіком залежності І від буде пряма лінія, тангенс кута нахилу якої до осі дорівнюватиме:

. (7.1.7)

Необхідно врахувати, що у визначену з дослідів швидкість відліку включено ще I _ф, яке обумовлене існуванням природного фону. Тому значення I у формулах (7.1.6) та (7.1.7) необхідно розраховувати як різницю значень I _Х та I _Ф, тобто

Для реєстрації випромінювання у цій роботі використовується лічильник Гейгера–Мюллера. Схему лабораторної установки зображено на (рис. 7.1.1): 1 – радіоактивне джерело на рухомій платформі; 2 – лічильник Гейгера–Мюллера; 3 – лінійка; 4 – високовольтний випрямляч; 5 – секундомір; 6 – лічильник імпульсів; 7 – шторка.

Дата добавления: 2014-11-07