- •Часть 2
- •Введение
- •1.1 Общие требования
- •1.2. Требования по технике безопасности перед началом работ
- •1.3. Требования по технике безопасности при выполнении работ
- •1.4 Требования по технике безопасности при работе с источниками излучения
- •1.5 Требования по технике безопасности в аварийных ситуациях
- •1.6. Требования по технике безопасности по окончании работ
- •1.7 Меры пожарной безопасности
- •2 Указания по составлению отчёта
- •2.1 Содержание отчета
- •Лабораторная работа № 2.1 Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решётки
- •Физическое обоснование эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.2
- •Краткие теоретические сведения
- •Лабораторная работа № 2.3
- •Краткие теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2.4
- •Краткие теоретические сведения
- •Лабораторная работа № 2.5
- •Краткие теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •1. Построение градуировочного графика спектроскопа и определение неизвестной длины волны свет:
- •2. Определение угловой дисперсии спектроскопа:
- •3. Обработка результатов измерений:
- •Лабораторная работа № 2.6 Определение удельного вращения и концентрации раствора сахара с помощью макета поляриметра
- •Краткие теоретические сведения
- •Лабораторная работа 2.7 Дифракционные явления на трёхмерных структурах
- •Краткие теоретические сведения
- •Лабораторная работа 2.8 Законы теплового излучения
- •Краткие теоретические сведения
- •Законы смещения Вина.
- •1. Длина волны, на которую приходится максимум в спектре излучения чёрного тела, обратно пропорциональна температуре
- •Закон Рэлея-Джинса. Исходя из представлений статистической физики о равномерном распределении энергии по степеням свободы, Рэлей и Джинс получили формулу:
- •Методика расчета
- •Лабораторная работа 2.9 Определение ширины запрещённой зоны по спектру люминесценции
- •Краткие теоретические сведения
- •Лабораторная работа № 2.10 Исследование температурной зависимости удельного сопротивления меди и кремния
- •Краткие теоретические сведения
- •1.1. Электрический ток в металлах и полупроводниках
- •1.2. Температурная зависимость электропроводности металлов и полупроводников
- •2. Схема установки
- •3. Порядок измерений
- •4. Обработка результатов измерений
- •4.1. Определение параметров температурной зависимости меди
- •4.2. Вычисление энергии активации атомов кремния
- •5.3. Обработка экспериментальных данных методом наименьших квадратов
- •5. Контрольные вопросы
- •2. -Распад
- •3. Ослабление излучения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
2. -Распад
Изобары – ядра с одинаковым массовым числом – устойчивы при определённом соотношении межу числом протонов и числом нейтронов. Например, лёгкие ядра () с чётным числом нуклонов стабильны при равенстве числа протонов и нейтронов. В более тяжёлых ядрах нейтронов больше, чем протонов, и с ростом массового числаA доля нейтронов в стабильных ядрах возрастает.
Если ядро содержит избыток нейтронов, то один из нейтронов (n) превращается в протон (p) с выбросом электрона () и электронного антинейтрино ():
.
Это событие называется -распадом или электронным распадом. Энергетический спектр электронов в этой реакции непрерывный с резко обозначенным краем () из-за случайности распределения энергии реакции между продуктами распада.
В результате -распада заряд ядра увеличивается на единицу:
.
Если ядро содержит избыток протонов, то реакция превращения протона в нейтрон может протекать либо с выбросом позитрона () и электронного нейтрино () (-распад или позитронный распад)
.
либо путём захвата электрона из оболочки атома
.
При обоих механизмах распада происходит уменьшение заряда ядра на единицу
.
При позитронном распаде ядер энергетический спектр позитронов непрерывный с резко обозначенным краем, соответствующим максимальной энергии позитрона. При электронном захвате электронная оболочка атома после захвата электрона ядром перестраивается с испусканием рентгеновского излучения.
-распад часто происходит в возбуждённое состояние дочернего ядра и поэтому сопровождается -излучением.
3. Ослабление излучения
В настоящей работе в качестве источника -излучения используются соли калия. Калий содержит в небольшой концентрации (0,012%) долгоживущий изотоп , который распадается по двум основным каналам:-распад в изотоп Ca (89%) и электронный захват с образованием изотопа Ar (11%). В скобках указана вероятность распада по данному каналу. Энергетический спектр электронов непрерывный с чётко обозначенным краем ().
Проникновение заряженных частиц в вещество сопровождается тормозным излучением и взаимодействием с атомами и молекулами вещества (ионизация и возбуждение атомов и молекул, упругое рассеяние на нейтральных и заряженных атомах и молекулах). Характер движения заряженной частицы в веществе зависит от массы и энергии частицы. Например, изменение числа частиц с глубиной проникновения их в вещество не одинаково для моноэнергетического пучка -частиц и для пучка -частиц со сплошным энергетическим спектром. На рисунке 11.1 изображены зависимости отношения плотности потока-частиц (кривая ) и-частиц (кривая ), прошедших через слой ослабляющего вещества толщинойx, к начальной плотности потока частиц. Поскольку -частица в каждом акте взаимодействия с атомными электронами теряет малую долю своей энергии, моноэнергетический пучок частиц, проходя через вещество, практически не меняет интенсивность вплоть до конца пробега. Наблюдается лишь небольшой (1-2 %) разброс длин пробега относительно средней длины пробега.
Порядок выполнения работы
Ознакомьтесь с устройством пульта управления прибором РКСБ-104 «Радиан» (рисунок 11.2а). На обратной стороне прибора под крышкой-фильтром расположены движки кодового переключателя. Положение верхних четырёх движков зависит от измеряемой физической величины (рисунок 11.2б).
Переведите тумблер «2» в верхнее положение «РАБ», а тумблер «3» – в нижнее положение «0,001».
Положите прибор на кювету с исследуемым веществом, поместив его в половину футляра от прибора.
Включите прибор тумблером «1», установив его в положение «ВКЛ». Через интервал времени, примерно равный 180 с после включения, прибор выдаёт прерывистый звуковой сигнал, а в правом нижнем углу табло индикатора появляется символ F и отображается 4-х разрядное число, значащая часть которого соответствует внешнему радиационному фону -излучения. Запишите показания прибора в таблицу 11.1. Выключите прибор, установив тумблер «1» в положение «ВЫКЛ». Повторите измерение фонового излучения 3 раза. Вычислите среднее значение фонового излучения . Это и естьрезультат измерения фонового излучения. Занесите его в таблицу 11.1.
Таблица 11.1. Внешний радиационный фон γ-излучения и плотность потока β-частиц
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
Среднее: |
|
|
|
|
|
Снимите заднюю крышку-фильтр «4» и поместите прибор над исследуемой поверхностью на расстоянии не более 1 см. Выполните измерение потока b-излучения с поверхности образца подобно тому, как вы ранее измеряли фоновое излучение.
Введите последовательно одну, две и т.д. картонки одинаковой толщины , которые служат ослабителями-излучения. После каждого изменения толщины ослабителя измеряйте поток проходящего -излучения. Занесите полученные результаты в таблицу 11.1.
Вычислите величину плотности потока -излучения с поверхности поглотителя после прохождения излучения через n картонок для по формуле:
,
где – плотности потока-излучения с поверхности поглотителя после прохождения излучения через n картонок в частицах в секунду с квадратного сантиметра; – показание прибора со снятой крышкой; – показание прибора, соответствующие внешнему радиационному излучению; k – коэффициент, равный при нижнем положении переключателя «3».
Полученные результаты занести в таблицу 11.2.
Таблица 11.2. Средняя плотность потока -излучения после прохожденияn картонок в частиц/сּсм2
n |
|
|
0 |
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
Построить график зависимости отn. Экспериментальные точки на этом графике расположены близко к прямой, уравнение которой
,
Расчёт параметров и этого уравнения выполняется методом наименьших квадратов. Такое поведение функции соответствует экспоненциальному уменьшению потока излучения при увеличении толщины поглощающего слоя:
,
где – коэффициент ослабления-излучения, ;d – толщина поглощающего слоя; – число поглощающих слоёв толщиной.
Средняя длина пробега -частиц вычисляется по формуле .
Ослабление пучка -частиц зависит только от отношения массы поглотителяm к площади поперечного сечения пучка S. Введём массовый коэффициент ослабления ,. Формулу перепишем в виде:
.
Сравнивая формулы и , имеем , т.е. массовый коэффициент ослабления вычисляется по следующей формуле:
,
где m – масса картонки; S – площадь картонки. Результаты расчётов занести в таблицу 11.3.
Таблица 11.3. Коэффициент ослабления -излучения картоном k, массовый коэффициент ослабления -излучения и средняя длина пробега -частиц в картоне
m, г |
S, |
, мм |
|
k, |
, мм |
, |
|
|
|
|
|
|
|