Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 563745)
Консорциум Контекстум Информационная технология сбора цифрового контента
Уважаемые СТУДЕНТЫ и СОТРУДНИКИ ВУЗов, использующие нашу ЭБС. Рекомендуем использовать новую версию сайта.

Бета-распад. Определение максимальной энергии бета-спектра : лабораторный практикум (110,00 руб.)

0   0
АвторыБабенко Александр Григорьевич, Бруданин Вячеслав Борисович, Вахтель Виктор Матвеевич, Вахтель Александр Викторович, Работкин Владимир Александрович
ИздательствоИздательский дом ВГУ
Страниц48
ID747997
АннотацияУчебное пособие подготовлено на кафедре ядерной физики физического факультета Воронежского государственного университета в обеспечение лабораторных занятий по курсу «Физика».
Кому рекомендованоРекомендовано для аудиторной подготовки студентов 3–5-го курсов.
Бета-распад. Определение максимальной энергии бета-спектра : лабораторный практикум / А.Г. Бабенко, В.Б. Бруданин, В.М. Вахтель, А.В. Вахтель, В.А. Работкин .— 2-е издание, стереотипное .— Воронеж : Издательский дом ВГУ, 2019 .— 48 с. — 48 с. — URL: https://rucont.ru/efd/747997 (дата обращения: 21.06.2021)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Бета-распад._Определение_максимальной_энергии_бета-спектра__лабораторный_практикум.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» БЕТА-РАСПАД ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ БЕТА-СПЕКТРА Лабораторный практикум Учебное пособие 2-е издание, стереотипное Воронеж Издательский дом ВГУ 2019
Стр.1
БЕТА-РАСПАД ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ БЕТА-СПЕКТРА Это в высшей степени важно для того, чтобы Вы могли разобраться в дальнейшем… М.Фарадей «История свечи» Цели работы: Определить максимальную энергию maxE в энергетическом спектре бета-частиц при бета-распаде ядер методом измерения характеристик функции ослабления потока бета-частиц при их прохождении через поглотитель. Идентифицировать бета-радионуклид по значению maxE . Оценить вклады ионизационных и радиационных потерь энергии бета-частицами в веществе поглотителя. Бета-распад Бета-распадом ядра AZ NX называется самопроизвольное радиоактивное превращение этого ядра в дочернее ядро с тем же массовым числом A , но с зарядовым числом Z , отличающимся на единицу Z NY± 1 A ∓ . Существу1 ют три вида бета-распада: β− -распад, β+ -распад и электронный захват – ЕС (или K-захват). При β− -распаде образуется β− -частица, являющаяся электроном e–, антинейтрино eν и дочернее ядро Z NY − 1 с зарядовым числом ZZ=+ .yx 1 + 1 A Этот процесс символически представляется в виде: 1 ZNA →++1 N− β ν− A XYZ 3 +  .
Стр.3
Подчеркнем, что характерной особенностью именно бета-спектра является его непрерывность в отличие, например, от дискретного энергетического спектра альфа-частиц при альфа-распаде. Спектр бета-частиц, понимаемый как плотность вероятности образования бета-частиц с энергией Eβ в единицу времени, можно описать приближенно формулой: где 0m – масса покоя электрона, mc0 = 0,511 МэВ, maxE энергия спектра, Eβ– возможная энергия бета-частицы 0 EEβ< WE E E m c Eβ m c E Eβ , 2 () ( +⋅ − ∼ ) ( ββ β 2 00 2 )()2 max − – максимальная max . ≤ W(Eβ) Ев E Emax Eβ Рис. 1 Величина WE ( )dEβ β есть вероятность образования бета-частиц в E энергетическом интервале Eβ, E dEβ β+ и λβ WE dEββ= max 0 ∫ ность β-распада одного ядра в единицу времени. () – вероят6
Стр.6
Бета-спектр характеризуется, кроме maxE , еще двумя значениями энергии: наиболее вероятным WEв W= () max , и средним значением энергии EE W E значением – E = ∫ max 0 β ββ (рис. 1). dE E в , соответствующим () Средняя энергия бета-спектра приблизительно равна E  0,4Qβ (для различных радионуклидов она лежит в интервале от 0,25Еmax до 0,45Еmax). Так как Emax  Qβ, то, зная значение maxE и массу одного из атомов, можно определить массу другого – дочернего или материнского атома. Очевидно, величина Qβ – уникальная фундаментальная характеристика радионуклида AZ NX . Это позволяет идентифицировать радионуклиды по значению maxE , поскольку каждый бета-радионуклид характеризуется своей максимальной энергией бета-спектра. 1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ БЕТА-СПЕКТРА 1.1. Создано несколько методов и основанных на них методик экспери-ментального определения максимальной граничной энергии бетаспектра. Основными из них являются следующие. Метод ослабления потока бета-частиц в слоях поглотителей различной толщины Известно несколько следующих методик определения максимальной граничной энергии бета-спектра с использованием метода ослабления: – полного ослабления, заключающаяся в определении минимального значения толщины слоя поглотителя d , полностью ослабляющего, то есть поглощающего поток от источника бета-частиц изучаемого радионуклида Z A XN . Величина d есть однозначная функция maxE ; 7
Стр.7
– аппроксимации кривой ослабления потока бета-частиц экспоненциальной функцией толщины поглотителя и определение maxE по значению коэффициента ослабления – μ в показателе экспоненты; – кратного ослабления потока 0 = 2, в четыре 04 ) ( J бета-излучения и определения maxE по значениям толщин поглотителя 12d , 14d , 18d , ослабляющих поток в два JJ d02 ()1 2 JJ 1 4d = 4 или в восемь ()08 1 8JJ d = 8 раз. Метод обратного рассеяния бета-частиц веществом рассеивателя, позволяющий определить значение maxE вателя () 32 нас max max~ излучения, возрастая с увеличением d , достигает насыщения. Методы ионизационной и сцинтилляционной спектрометрии, позволяющие, кроме величины max ,E определить форму бета-спектра – ( )WEβ , путем измерения энергии непосредственно отдельных бета-частиц. Все эти методы основаны на особенностях процессов потерь энергии бета-частицами при их взаимодействии с атомами и электронами вещества поглотителя. Методы магнитной и электростатической спектрометрии, обеспечивающие наиболее точное определение свойств бета-спектров, основаны на измерении характеристик распределений в пространстве потока бетачастиц, взаимодействующих с магнитными и электрическими полями. 1.2. Наиболее простым и наглядным является метод ослабления, на котором основана эта лабораторная работа. Поэтому рассмотрим кратко физические явления, связанные прямо только с этим методом. При прохождении бета-частиц через слой вещества монотонно уменьшается интенсивность потока бета-частиц, весь энергетический спектр сдвигается в область малых энергий и уширяется угловое распределение потока. 8 по измеренной толщине рассеиdE E , при которой поток обратнорассеянного бета
Стр.8
Явление прохождения бета-частиц через толстые слои поглотителя можно представить на качественном уровне следующим образом. Основная доля бета-частиц высокоэнергетической части спектра (быстрые электроны Em~ 2c ) проходят первоначально некоторый отрезок пути l приблизительно прямолинейно, испытывая лишь незначительные отклонения направления импульса за счет рассеяния, теряя энергию на ионизацию, и незначительно, на тормозное излучение. По мере того как энергия быстрых бета-частиц уменьшается вследствие ионизационных потерь энергии, вероятность рассеяния возрастает и угловое распределение относительно первоначального направления уширяется, приобретая вид, близкий к распределению Гаусса, обусловленному многократным рассеянием бета-частиц. Наиболее вероятный угол рассеяния при этих условиях возрастает пропорционально корню квадратному из толщины поглотителя. При дальнейшем перемещении в поглотителе с ростом пути l угловое распределение движения частиц приобретает диффузный характер. То есть распределение импульсов частиц по всем направлениям становится равновероятным, и исчезает преимущественное направление перемещения бетачастиц в пределах начального телесного угла. Величину пути l, после прохождения, которого распределение направлений движения бета-частиц становится равновероятным, можно приближенно оценить по формуле: ll1 exp( ) сZ ⎛⎞ ≈− −⎜⎟ ⎝⎠ , 5,9 где Z – атомный номер вещества, cl – средняя длина свободного пробега бета-частиц в веществе и lc μ−= 1 , где μ – коэффициент ослабления бетаизлучения. Для средних толщин порядка cl убывание потока обусловлено в значительной степени рассеянием на углы ≥ 90° и потерями энергии на иони9
Стр.9
зацию вдоль пути. Когда толщина возрастает до значений, при которых поток бета-частиц существенно уменьшается (более, чем в 10 раз) относительно поступающего на поверхность поглотителя, то энергетический бета-спектр становится низкоэнергетическим, и дальнейшее убывание потока с ростом толщины происходит за счет полной потери энергии бетачастицами вследствие ионизационных потерь dE ~ 1 dl E− , монотонно возрастающих с убыванием энергии. Средний путь l бета-частицы в данном поглотителе связан с функцией eе средних линейных удельных потерь (dE dl S E= выражением: ) ldE SE  ∫Emax 0 где () 1 () , SE – средняя потери энергии на единицу пути, а () 1 SE – средний путь при единице потерь энергии бета-частиц с энергией E (см. приложение). Однако толщина поглотителя d , при которой поток, практически, становится равным нулю, значительно меньше l , поскольку траектории (треки) бета-частиц в веществе существенно непрямолинейны (в отличие от тяжелых частиц, например, альфа-частиц). Зависимость числа бета-частиц, в пределах заданного телесного угла прошедших слой вещества от толщины этого слоя, называется функцией ослабления. Функция ослабления зависит от всех (рассмотренных в приложении) процессов потерь энергии бета-частиц и уширения угловых распределений рассеянных бета-частиц. Теоретическое описание этих процессов и функции ослабления очень громоздко из-за многократного взаимодействия бета-частиц в веществе. Поэтому для описания явления прохождения бета-частиц через вещество используют модели, приблизительно описывающие поведение функции ослабления, позволяющие, в частности, 10 ( ) (см. приложение)
Стр.10

Облако ключевых слов *


* - вычисляется автоматически