МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Физический факультет

Лабораторная работа

На тему: «Определение длины пробега альфа-частиц»

Выполнили студенты 3-го курса, 1,2-ой группы, очной формы обучения

Чеглокова Елена и Михайлова Татьяна

г. Ростов-на-Дону

2014 г.

Цель работы: получение кривой прохождения α - частиц через вещество, определение длины среднего пробега и энергии α -частиц.

Используемое оборудование: блок детектирования, содержащий источник и счетчик α-частиц, блок питания, скамья со шкалой для перемещения источника.

Краткая теория.

Главными характеристиками α-радиоактивных ядер и испус­каемых ими α-частиц являются период полураспада T_½, кинетическая энергия T_α и пробег R_α.

Объяснение природы α-распада заключается в эффекте преодо­ления потенциального барьера α-частицей при ее вылете из атомного ядра. В мире ми­крочастиц, движение которых описывается не классической, а квантовой механикой, возможен процесс так называемого туннельного перехода - прохожде­ния частицы через потенциальный барьер.

Альфа-частицы взаимодействуют с веществом посредством упругого рассеяния и ионизационного торможения. Кулоновское поле электронов атомов вещества взаимодействует с движущейся α - частицей, которая при этом теряет энергию, постепенно останавливаясь. Это процесс ионизационного торможения. Характерной особенностью альфа-частиц является существование у них определенного пробега R, т.е. расстояния, которое проходит частица до момента полной потери энергии.

Если исследовать монохроматический поток α-частиц и подсчитывать число частиц, увеличивая постепенно расстояние между источником и детектором, то есть заставляя альфа-частицы проходить все больший слой воздуха, то число N частиц в пучке начинает на определенном расстоянии падать не сразу до нуля, а с некоторым наклоном.

Если эту кривую продифференцировать и построить величину dN/dx в зависимости от толщины слоя x , то получится кривая с резким максимумом при x=R₀ , показывающим, что подавляющее большинство α-частиц имеет определенный пробег с некоторым разбросом в ту и другую сторону. В диапазоне энергий 4 < E_α < 15 Мэв используют для оценки E_α зависимость:

Ход работы:

Установили время 2,5 мин и снимали показания с индикатора блока пересчета. Увеличивали расстояние х на 1 мм и каждые 2,5 мин снимали значение количества частиц, после чего у нас получились следующие данные, и по ним мы построили график зависимости N(x):

x (м)	N
0,01	9999
0,011	9999
0,012	9999
0,013	9999
0,014	8658
0,015	5853
0,016	2723
0,017	1620
0,018	1445
0,019	1252
0,02	1192
0,021	1132
0,022	1000
0,023	811
0,024	716
0,025	635
0,026	552
0,027	516
0,028	450
0,029	436
0,03	372

Далее мы рассчитали поправку на телесный угол для полученных значений (ro=0.013):

x/r0
769153,8
769153,8
769153,8
769153,8
666000
450230,8
209461,5
124615,4
111153,8
96307,69
91692,31
87076,92
76923,08
62384,62
55076,92
48846,15
42461,54
39692,31
34615,38
33538,46
28615,38

После чего мы построили график зависимости :

dx

По данному графику мы нашли Ro= x в резком максимуме. Далее по форуле мы оценили

Вывод:

Мы получили кривую прохождения α - частиц через вещество, определили длину среднего пробега Ro=0,016 и энергии α - частиц. Ea= 3, 96172 Мэв.

Закон Гейгера — Нэттола — закон, описывающий функциональную связь между энергией альфа-частицы и периодом полураспадарадиоактивного ядра. Открыт Г. В. Гейгером и Дж. Нэттолом в 1911 г^[1].

•  — энергия альфа-частицы

•  — период полураспада радиоактивного ядра

• ,  — константы

Закон позволяет определить период полураспада по экспериментальным данным о энергии испускаемой при реакции частицы, например, при альфа-распаде.

Тяжёлые заряженные частицы взаимодействуют в основном с атомными электронами и поэтому мало отклоняются от направления своего первоначального движения. Вследствие этого пробег тяжёлой частицы R измеряют расстоянием по прямой от источника частиц до точки их остановки. Обычно пробег измеряется в единицах длины (м, см, мкм), а также поверхностной плотности материала (или, что равнозначно, длины пробега, умноженной на плотность) (г/см²). Выражение пробега в единицах длины имеет смысл для фиксированной плотности среды (например, часто в качестве среды выбирается сухой воздух при нормальных условиях). Физический смысл пробега в терминах поверхностной плотности — масса единицы площади слоя, достаточного для остановки частицы.