Альфа-распад. Взаимодействие альфа-излучения с веществом (110,00 руб.)

Стр.1

Стр.3

Стр.6

Стр.7

Стр.8

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» АЛЬФА-РАСПАД. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АЛЬФА-ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ Учебное пособие для вузов Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета 2012

Стр.1

Оглавление Альфа-распад. Взаимодействие альфа-излучения с веществом. Определение энергии альфа-частиц по величине их среднего пробега в воздухе............................................. 4 Цель работы....................................................................................................................... 4 Метод определения кинетической энергии альфа-частиц............................................... 6 по их среднему пробегу в воздухе.................................................................................... 6 Порядок выполнения работы............................................................................................ 6 Статистический анализ данных результатов измерений................................................. 6 Порядок выполнения работы............................................................................................ 7 Статистический анализ результатов измерений .............................................................. 9 Результаты ............................................................................................................... 10 Контрольные вопросы............................................................................................. 10 Литература......................................................................................................................... 12 Приложение 1.................................................................................................................... 13 Приложение 2.................................................................................................................... 14 Приложение 3.................................................................................................................... 19 Приложение 4.................................................................................................................... 20 Приложение 5.................................................................................................................... 22 Приложение 6.................................................................................................................... 23 Приложение 7.................................................................................................................... 26 Приложение 7.1........................................................................................................ 26 Приложение 7.2........................................................................................................ 27 Приложение 8.................................................................................................................... 28 Приложение 8.1........................................................................................................ 28 Приложение 8.2........................................................................................................ 29 Приложение 8.3........................................................................................................ 30 Приложение 8.4........................................................................................................ 31 Приложение 8.5........................................................................................................ 32 Приложение 8.6........................................................................................................ 33 Приложение 8.7........................................................................................................ 34 Приложение 8.8........................................................................................................ 35 Приложение 8.9........................................................................................................ 36 Приложение 8.10...................................................................................................... 37 Приложение 8.11...................................................................................................... 38 Приложение 8.12...................................................................................................... 39 3

Стр.3

Зависимость числа α-частиц n xt   , зарегистрированных детектором в заданном интервале времени t в фиксированном телесном угле   X , Метод определения кинетической энергии альфа-частиц по их среднему пробегу в воздухе прошедших определенный слой вещества от толщины этого слоя X, называют интегральной функцией ослабления  x . Толщина слоя вещества, в котором α-частица теряет всю свою начальную энергию T гральная функция имеет вид, подобный зависимости на рис. 1. Если интегральную кривую φ(x) продифференцировать по x, то получим дифференциальную кривую ослабления   (плотности) распределения (случайной величины) Гаусса   f x  1  2 exp   час-тиц с одинаковыми энергиями T  x x 2  2  . 2    Это обусловлено тем, что пробег R в конкретном веществе для αявляется величиной случайной. Статистическое распределение пробегов можно представить распределением Гаусса (рис. 1). Из свойств этого распределения и общих методов статистического анализа случайных величин следует, что в качестве характеристики пробега α-частиц можно взять среднее значение пробега R, и в качестве разброса пробегов относительно Rможно взять среднеквадратичное отклонение σ. максимуму дифференциальной функции       , которое соответствует f  x и является оценкой R  0 5  0 , где R в см, а T , называют пробегом R α-частицы в данном веществе. Для коллимированного пучка моноэнергетических α-частиц интеf x , рис. 1, по форме подобную функции Значение R можно оценить по графику функции ослабления  x . Значение R, при котором  R R , R (рис. 1). Значение R однозначно связано с энергией α-частицы T 2 3 эмпирической зависимостью T 2 1464, R   новываясь на этом выражении, можно оценить значение T S  T (приложения 4, 6). Порядок выполнения работы Статистический анализ данных результатов измерений Функциональная схема лабораторной установки изображена на рис. 2. Веществом поглотителя, в котором определяют пробег α-частиц, является 6 известной в МэВ. Оси погрешность

Стр.6

воздух. Толщина слоя воздуха, через который проходят α-частицы – это расстояние между детектором и источником α-излучения. n n эк  f  x  x H0 2 n  0 R x Рис. 1. Зависимость числа α-частиц от толщины слоя вещества Это расстояние можно изменять, перемещая источник α-частиц с помощью микрометрического верньерного устройства. В данной работе поток α-частиц не коллимирован. Поэтому при измерении расстояния между детектором и источником изменяется телесный угол  x , в пределах которого α-частицы попадают в детектор (рис. 2). Это ведет к геометрическому фактору изменения потока α-частиц, поступающего на детектор, что существенно искажает вид интегральной и дифференциальной кривых ослабления. Для исключения влияния этого фактора необходимо числа α-частиц ствующие значения телесного угла t   n x n x x  n xt   , регистрируемых детектором на расстоянии x, разделить на соответ  x . Полученное значение     представляет собой поток α-частиц в единицу телесного угла, который зависит только от степени ослабления этого потока за счет потерь энергии α-частицами в воздухе. Порядок выполнения работы 1. Рассмотреть функциональную схему установки (рис. 2). 2. Проверить работоспособность установки. С этой целью переместить источник α-излучения в крайнее положение, при котором α-частицы не регистрируются: n 0 за время измерения t = 30 с. Затем переместить ис7

Стр.7

точник к детектору на 20 мм и однократно измерить число частиц n за  t = 30 с и сопоставить его с контрольным для данной установки. 3. Провести измерение числа α-частиц за время t = 100 с в зависимости от расстояния x между источником и детектором n xt   , меняя последовательно положение источника. Измерения рекомендуется выполнить с шагом x = 1 мм для расстояний 20 < x  30 мм и шагом x = 0,5 мм для x > 30 мм. Детектор Источник  Детектор Предварительный Рис. 2. Функциональная схема установки усилитель дискриминатор дующий вид: Результаты измерений занести в таблицу, форма которой имеет слеТаблица результатов измерений Число №п/п 1 2 …. В таблицу запишите рассчитанные значения  i единице телесного угла. Полученные значения  i 8 n x – числа α-частиц в n x представьте в графической форме (рис. 1). Далее приступите к статистическому анализу данных. x мм i Количество зарегистрированных событий (частиц) n xt   Значение телесного угла  i  -частиц, приведенных к единице телесного угла n x     . i n x i t   Усилитель, Детектор Счетчик импульсов. Таймер

Стр.8