Лабораторная работа N12
Изучение закона поглощения b - излучения
1. Цель работы: изучить:
а) основной закон радиоактивного распада;
б) законы поглощения радиоактивного излучения веществом.
2. Содержание работы
Радиоактивность — это процесс, при котором ядра атомов одного элемента превращаются самопроизвольно в ядра атомов другого элемента с излучением заряженных или нейтральных частиц.
Явление было обнаружено в 1896 году Беккерелем. В дальнейшем установлено, что это излучение содержит три компоненты:
a, b и g, то есть a-излучение – это поток ядер атомов гелия;
b-излучение бывает двух типов – в виде излучения электронов или позитронов;
g-излучение – электромагнитное излучение короткой длины волны.
Принципиальная схема реакций (распадов):
a: 
,
g: 
,
где Z – зарядовое число (число протонов, порядковый номер элемента);
А – массовое число (число протонов и нейтронов в ядре);
– нейтрино (антинейтрино);
– g-квант.
Знак (*) означает, что материнское ядро обладает избыточной энергией (находится в возбужденном состоянии).
Во всех распадах сохраняется массовое и зарядовое число.
Радиоактивные a- и b-излучения для человека малоопасны, если источник излучения – вещество, g-излучение обладает большой проницательной способностью и из – за этого представляет большую опасность для биологических объектов.
Элементы, обладающие естественной (природной) радиоактивностью, собраны в 3 семейства:
1) ряд урана;
2) ряд актиноурана;
3) ряд тория (заканчивается различными изотопами свинца).
Искусственным путем можно сделать радиоактивным любой элемент.
Для любого типа радиоактивности основной закон радиоактивного распада представляется в виде:
N= N0 e - lt, (1)
где N0 – начальное число радиоактивных ядер;
N – число ядер радиоактивного препарата в момент времени t (дочернее вещество считается стабильным, хотя, как правило, это не так);
e = 2,7;
l – постоянная радиоактивного распада.
Кроме l-постоянной распада, используются характеристики:
Т – период полураспада – время, за которое распадается половина радиоактивных ядер;
t – среднее время жизни, время за которое число радиоактивных ядер убывает в е раз.
. (3)
. (4)
Период полураспада меняется от долей секунды до многих тысяч лет.
Число распадов в секунду называется активностью n:
. (5)
Единица измерения 1 Бк = 1 распад/секунда
1Ku = 3,7·1010 Бк.
При взаимодействии излучения с веществом наблюдается поглощение, описываемое законом Бугера – Ламберта
, (6)
где N0 – число частиц, падающих на вещество;
N – число ядер на глубине х;
k – коэффициент поглощения;
e = 2,7.
Закон радиоактивного распада и закон поглощения можно представить на графике (рис.1, рис. 2):
Рис. 1
При описании поглощения иногда вместо толщины образца х используют массу единицы поверхности (поверхностную плотность вещества).
Рис. 2
3. Описание установки
Установка состоит из детектора излучений (на основе счетчика Гейгера), например, типа «Луч», источника b - излучения, контейнера для хранения радиоактивных препаратов, набора металлической фольги или других поглотителей.
4. Порядок работы
1. Привести прибор в рабочее состояние («вывести на режим») и промерить фон радиоактивного излучения в лаборатории. Измерение проводить 3 раза в течение 2 минут. Данные занести в таблицу произвольного образца. Найти nср.
2. Для произвольного образца из контейнера найти активность nх.
Учитывая геометрию счетчика, определить истинную активность n:
n » 200 nх
(фоновой активностью пренебрегаем).
3. По известной активности препарата и известному Т (в нашем случае Т = 28 лет, массовое число А = 90) находим массу образца
,
.
При подстановке считаем
NA = 6·10 23 1/моль
A = 200×10-3 Кг/моль
4. Заменить образец на стационарный, установить детектор, образец и рамку для поглотителя на одном уровне. Измерить n для нескольких случаев – при отсутствии поглотителя, при 1 листе, при 2 – х листах и т. д.
5. Заменить поглотитель и повторить измерения п. 5.
6. На осях (n, x) построить графики зависимости активности от толщины поглотителя для 2–х или 3–х материалов. Толщину поглотителя определить с помощью микрометра.
7. Используя табличные значения плотности поглотителя, построить график зависимости n(s), где s – поверхностная плотность вещества поглотителя.
8. Определить, какое вещество является лучшим поглотителем.
5. Контрольные вопросы
1. Что такое радиоактивность?
2. Записать принципиальные схемы a, b, g-распадов.
3. Дать определение Т, n (активность), t.
4. Объяснить основной закон радиоактивного распада.
5. Как найти число ядер, распавшихся за время t?
6. Записать закон поглощения излучения.
7. Чем отличается естественная и искусственная радиоактивность?
8. Как устроен счетчик Гейгера?
6. Литература
1. , , Курс физики В 3-х ч. Ч. 3. — М.: Высшая школа, 1971.
2. Физический практикум. Электричество, оптика. Под ред. . — М.: Наука, 1968.
