fizpr

В результате α-распада «материнское» ядро с зарядом Z и массовым числом А превращается в новое «дочернее» ядро с зарядом Z = 2 и массовым числом (А – 4):

Z X A → Z −2Y A−4 + 2 He4

Эта реакция распада подчиняется закону сохранения заряда и закону сохранения массового числа. При этом происходит химическое превращения элемента со смещением (правило смещения) нового элемента в периодической таблице на два номера влево. Знак равенства в уравнении реакции мы не ставим потому, что обычно реакция сопровождается энергетическим переходом с излучением жёсткого электромагнитного фотона − γ-частицы. α-Радиоактивность наблюдается лишь у тяжёлых элементов, начиная с висмута.

Различные радиоактивные элементы выбрасывают α-частицы со скоростью от 1,4·107 м/с до 2,0·107 м/с, что соответствует энергии от 4

до 8,8 МэВ (1эВ = 1,6·10-19Дж).

Проходя через вещество, α-частицы взаимодействуют с электрическими полями электронов и атомных ядер, ионизируя или возбуждая атомы. В результате частица теряет свою энергию, и её движение замедляется. Положительная частица, замедляясь, начинает активно захватывать электроны, отбирая их у атомов окружающей среды. Захватив два электрона α- частица превращается в нейтральный атом гелия. Движение частицы через среду прекращается.

Расстояние R, проходимое в веществе частицей до её полной остановки, называется пробегом. Длина пробега частицы зависит от заряда, массы, начальной энергии и плотности среды, в которой

251

движется частица. При одинаковой начальной энергии α- частицы как более тяжелые, обладают меньшими скоростями, чем легкие (например, β частицы).

Известно, что чем больше масса и заряд частицы, тем активнее она взаимодействует со средой, и тем меньше её пробег в данной среде. Так, например, α- частицы с энергией 4 МэВ, обладают длиной пробега в воздухе примерно 2,5 см. Быстрые α- частицы могут пройти слой воздуха около 8,5 см. В воде или мягких тканях животных и человека, плотность которых превышает плотность воздуха в сотни раз, длина пробега α- частицы уменьшается во столько же раз, и составляет доли миллиметра. Плотная одежда может практически полностью поглотить α- частицы, поэтому они не представляют опасности при внешнем облучении. Однако при попадании внутрь организма с пищей, водой и воздухом, α- излучение может причинить человеку большой вред.

Длина свободного пробега α- частицы связана с ее начальной скоростью V, и описывается для воздуха (при нормальных условиях) приближенным соотношением:

R ≈ a·V,

где а = 9,7·10-28 с3/см2.

В среднем α- частица образует в воздухе при нормальных условиях около 3·104 пар ионов на 1см пути.

Для экспериментального определения длины пробега α- частицы в воздухе используется установка, схема которой показана на рисунке 1. От радиоактивного препарата α- излучение направляется на торцевой счетчик Гейгера. Его чувствительный газовый объем отделен от наружной среды тонким слюдяным окошком, сквозь которое могут

252

проходить α- частицы. Попадая в этот объем, они ионизируют молекулы газа. Под действием высокого напряжения между катодом и анодом образовавшиеся ионы и электроны направляются к электродам и отдают свой заряд. Возникает кратковременный импульс тока, который усиливается и регистрируется пересчетным устройством. Источник излучения, усилитель и счетчик Гейгера помещены в металлический кожух. Расстояние между препаратом и счетчиком можно менять, перемещая препарат вдоль линейки. Скорость счета зависит от количества частиц, попавших в счетчик При увеличении расстояния между препаратом и счетчиком скорость счета уменьшается. начиная с некоторого l. На этом расстоянии большинство частиц теряют свою энергию и превращаются в атомы гелия.

1 – пересчетное устройство

2 – усилитель

3 – счетчик Гейгера

4 – источник излучения

5 - линейка

Рисунок 1

253

Для определения длины пробега необходимо построить график зависимости скорости счета N от расстояния l между препаратом и счетчиком (рис. 2).

Длина пробега R находится путем продолжения прямолинейного участка ав до пересечения с осью абсцисс

N

а

в

Рисунок 2

.

Порядок выполнения работы

1.Ознакомиться с рабочей схемой и приборами.

2.С разрешения преподавателя включить установку.

3.Передвигая α- препарат вдоль линейки, установить минимальное расстояние до счетчика.

4.Определить число импульсов по пересчетному устройству за время, указанное преподавателем.

5.Повторить определение числа импульсов N, фиксируя расстояние через каждые 2 мм. Расстояние увеличивать до максимально возможного. Полученные данные занести в таблицу 1.

6.Отключить установку.

254

7.Построить график зависимости N = f(l).

8.Определить из графика значение R.

255

Таблица 1 - Результаты измерений

15

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что представляет собой α- частица?

2.Что такое α- распад?

3.Какими свойствами обладает α- излучение?

4.Каким образом α- частица взаимодействует со средой, в которой она движется?

5.Что такое длина пробега α- частицы? От чего она зависит?

6.Какое влияние оказывает α- излучение на организм человека?

256

ПЕРЕЧЕНЬ ЛИТЕРАТУРЫ

1Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие. - 2-е изд., перераб. и

доп. М.: Высш. шк., 1990. - 478 с.

2Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики: Учеб. пособие - М.:

Высш. шк., 1989.-608 с.

3Савельев И.В. Курс общей физики: Учеб. пособие. В 3-х т. - М.:

Наука, 1989.-Т. 3.-304 с.

4Кучерук, І.М. Загальний курс фізики : у 3 т. Т.1 : навч. посібник для студ. техн. і пед. спец. вищих навч. закладів : Механіка. Молекулярна фізика і термодинаміка / І.М. Кучерук, І.Т. Горбачук, П.П. Луцик ; за ред. І.М. Кучерука . ─ 2-ге вид., випр. . ─ К. :

Техніка, 2006 . ─ 534 с.

5Кучерук, І.М. Загальний курс фізики: у 3-х томах. Т.2:Електрика і магнетизм : навч. посіб. для студ. техн. і пед. спец. вищих навч. закладів / І.М. Кучерук, І.Т. Горбачук, П.П. Луцик ; за ред. І.М. Кучерука . ─ 2-ге вид., випр. ─ К. : Техніка, 2006 . ─ 454 с. : іл.

6Курс фізики : навч. підручник для студ. вищих навч. закладів техн.профілю / І.Р. Зачек, І.М. Кравчук, Б.М. Романишин та ін. ; за ред. І.Є. Лопатинського . ─ Львів : Бескид Біт, 2002 . ─ 376с.

7Кортнев Ю. В. Практикум по физике: Учеб. пособие - М.: Высш.

шк., 1968.-516 с.

8Майсова Н.Н. Практикум по курсу общей физики: Учеб. пособие -

М.: Высш. шк., 1970.-448 с.

9Лабораторные занятия по физике: Учеб. пособие /Гольдин Л.Л., Игошин Ф.Ф., Козел С.М. и др.; под ред. Гольдина Л.Л.-М.: Наука,

1983-704 с.

257