Практикум КВАНТОВАЯ ФИЗИКА - ОК

экранирования. Кожух установки выполняет одновременно функции защитного экрана для обеспечения безопасных условий работы с источниками ионизирующих излучений. Один из приборов работает в режиме измерения мощности эквивалентной дозы излучения, другой – в режиме радиометра

(измерения плотности потока ионизирующих частиц). Питание приборов (9в) осуществляется от стабилизированного источника (рис.13.1 (3)).

Описания прибора РКСБ-104 и методики работы с ним находятся в лаборатории. Источники радиоактивных излучений хранятся в специальном контейнере и выдаются непосредственно перед измерениями.

Лабораторная работа состоит из трех частей: исследование естественного радиационного фона; исследование радиоактивных источников

- и -излучения; организация безопасных условий работы с источниками ионизирующих излучений.

ИЗМЕРЕНИЯ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

ЧАСТЬ 1. Исследование естественного радиационного фона

З а д а н и е 1 . Измерение мощности фоновой эквивалентной дозы -

излучения в лаборатории.

1. Подготовьте дозиметр РКСБ-104 (№1) к работе в режиме «измерение мощности эквивалентной дозы гамма-излучения»:

-тумблеры выбора режима работы установите в положения «Раб» и «х0,001»;

-включите прибор тумблером «Вкл-Выкл», прибор начнет счет, и через 280 с прозвучит звуковой сигнал, а на индикаторе отобразится 4-х разрядное число;

-для определения мощности эквивалентной дозы -излучения следует умножить значащую часть этого числа на 0,001, при этом результат будет получен в мкЗв/ч.

132

2.Оцените уровень мощности фоновой эквивалентной дозы –излучения в лаборатории. Измерения проводите не менее 5 раз в режиме «х0,001».

3.Найдите среднее значение мощности эквивалентной дозы –излучения

Рср. фон (мкЗв/ч). Результаты измерений занесите в таблицу 1. Таблица 1.

2.Сравните полученное значение с имеющимися нормами для вашей местности.

ЧАСТЬ 2. Исследование радиоактивных источников - и -излучения

Внимание! При работе с источниками держите их излучающей поверхностью «от себя»!

З а д а н и е 1 . Измерение мощности эквивалентной дозы -излучения,

создаваемой исследуемыми источниками на заданном расстоянии .

Для выполнения задания используйте прибор №1 в режиме «измерение

мощности эквивалентной дозы гамма-излучения».

1. Достаньте источник –излучения из контейнера и положите его на середину

мощности дозы в рассматриваемой точке (суммарное значение мощности дозы, создаваемое источником и естественным фоном). Найдите среднее значение мощности дозы РЭКВ. средн. По окончании измерений уберите источник обратно в контейнер. Повторите аналогичные измерения с другим источником.

2.Результаты измерений занесите в таблицу 2.

3.Вычислите среднее значение мощности дозы, создаваемое каждым источником.

133

Таблица 2.

исследуемого источника

Для выполнения задания используйте дозиметр РКСБ-104 (№2 ) в режиме

«измерение плотности потока».

1.Подготовьте прибор к работе:

-тумблеры выбора режима работы установите в положения «Раб» и «х0,001»;

-включите прибор тумблером «Вкл-Выкл», прибор начнет счет, и через 180 с

прозвучит звуковой сигнал, а на индикаторном табло отобразится 4-х

разрядное число;

- для определения плотности потока -частиц следует умножить значащую часть этого числа на 0,001, при этом результат будет получен в с-1∙см-2.

2.Снимите показание прибора фона, соответствующие внешнему радиационному фону.

3.Достаньте источник -частиц из контейнера и положите его на середину выдвижного столика. Установив столик на 1-ой ступени измерительной установки, проведите в установленном режиме не менее 5 измерений плотности

потока –частиц с исследуемой поверхности (с учетом фона). Найдите ср.

По окончании измерений уберите источник обратно в контейнер. Повторите аналогичные измерения с другим источником. Результаты измерений занесите в таблицу 3.

134

4. Вычислите среднее значение плотности ист потока –частиц с поверхности каждого источника. Результаты вычислений занесите в таблицу 3.

Таблица 3.

4. Сделайте выводы, насколько опасны или безопасны исследуемые в заданиях

№1 и №2 источники для тех, кто с ними работает.

ЧАСТЬ 3. Организация безопасных условий работы с источниками

ионизирующих излучений

За д а н и е 1 . Подбор защитных экранов для работы с -излучением

1.Используя экспериментально полученные значения мощности дозы –

излучения в заданной точке и формулы (1)-(5), рассчитайте толщину защитных экранов из алюминия и свинца, необходимую для обеспечения безопасных условий работы с данными источниками. Рассчитайте толщину экрана, ослабляющего излучение а) до уровня ПДД; б) до уровня естественного фона. Результаты вычислений занесите в таблицу 4.

2.Проверьте экспериментально полученные расчеты. Для этого установите источник –излучения на выдвижном столике на заданном расстоянии. Подобрав пластины из свинца согласно рассчитанной толщине, поместите их на вышерасположенных ступеньках и проведите не менее 5 измерений мощности дозы -излучения Рd за защитным экраном. По окончании измерений уберите источник обратно в контейнер.

2. Найдите среднее значение мощности дозы за защитным экраном Рd средн.

135

3.Оцените величину фактора накопления.

4.Результаты измерений занесите в таблицу 4. Сделайте выводы о правильности расчета защитных экранов.

Таблица 4.

З а д а н и е 2 . Подбор защитных экранов для работы с источниками

-частиц

Для источников –частиц проверьте целесообразность использования

алюминия в качестве материала для создания защитных экранов.

проводите для значения максимальной энергии –частиц, излучаемых данным источником. Результаты вычислений занесите в таблицу 5.

2. Проверьте полученные расчеты экспериментально. Для этого установите источник -частиц на выдвижном столике на заданном расстоянии. Подобрав пластины из Al согласно рассчитанной толщине защитного экрана,

расположите их на расположенных выше ступеньках и проведите не менее 5

измерений плотности потока -частиц за экраном. По окончании измерений уберите источник обратно в контейнер. Найдите среднее значение d за защитным экраном. Результаты измерений занесите в таблицу 5.

136

3. Сделайте выводы о правильности расчета толщины защитного экрана.

Таблица 5.

ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

1. Почему используется несколько определений дозы?

2.Какие данные по уровню мощности эквивалентной дозы гамма-излучения можно считать в пределах естественных фоновых значений?

3.Какой из видов радиоактивных излучений представляет наибольшую опасность а) для внешнего, б) для внутреннего облучения организма? Почему?

4.Какие физические процессы лежат в основе ослабления –излучения при прохождении его через какое-либо вещество?

5.Сформулируйте три принципа защиты от внешнего облучения. На чем они основаны?

6.Почему для защиты от -частиц, особенно больших энергий, рекомендуют использовать стеклянные или алюминиевые экраны, а не свинцовые, хотя толщина свинцовой защиты будет гораздо меньше?

7.Сравните защитные свойства воды, бетона, железа, свинца при прохождении через них –излучения с энергией 0,1; 1,0; 6,0 МэВ.

8.Как выбрать защиту от смешанного ( -, -, ) излучения?

9.Определить мощность экспозиционной дозы, создаваемую источником Со60

активностью 500 мкКи, на расстоянии 0,5м от препарата.

10. Рассчитайте необходимую толщину стекла ( =2,5 г/см3) для защитных очков, используемых для поглощения -излучения при работе с чистым -

137

излучателем Р32. Какие экраны (стеклянные или просвинцованные) следует применять при защите глаз от -излучения?

11. Какое количество -частиц с энергией 4.4 Мэв, поглощенных 1г

биологической ткани, соответствует поглощенной дозе 50 бэр?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14

ИЗУЧЕНИЕ ТРЕКОВ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ МЮОНОВ

Ц е л ь р а б о т ы : изучение треков элементарных частиц в ядерной фотоэмульсии; измерение пробега и оценка энергии мюона, образующегося при+– + распаде.

П р и б о р ы и п р и н а д л е ж н о с т и : микроскоп, препаратоводитель,

эмульсия со следами распадов элементарных частиц, лампа подсветки.

ВВЕДЕНИЕ

Прямая регистрация следов заряженных частиц в фотоэмульсиях является одним из важнейших методов в современной ядерной физике и имеет обширную область применения.

В ядерных фотоэмульсиях, используемых при регистрации заряженных частиц, для увеличения чувствительности относительное содержание галоидного серебра по сравнению с желатиной примерно в 8 раз больше, чем в обычных эмульсиях, а толщина фотоэмульсии в 10 – 100 раз больше толщины обыкновенной эмульсии.

Треки заряженных частиц в фотоэмульсии образуются в результате следующих процессов. Частица, попадая в микрокристаллы АgВr, возбуждает электроны, образующие ионную связь в молекуле. Возбужденные электроны покидают отрицательный ион брома и переходят к положительному иону

138

темноте, из желатины удаляется бром, а оставшиеся атомы серебра образуют видимый след - трек.

До создания ускорителей единственным источником высокоэнергичных частиц были космические лучи, в которых выделены две компоненты: жесткая,

проникающая через большие толщи свинца, включающая частицы большой массы, и мягкая, сильно поглощаемая свинцом, включающая легкие элементарные частицы, в первую очередь электроны. Частицы жесткой компоненты были первоначально названы мезонами, так как они имели массу,

промежуточную между массами протона и электрона: М 200mе. Впоследствии были найдены другие частицы с массой М 300mе, которые, как оказалось,

относятся к классу адронов, и были названы - м е зо н а м и ( п и о н а м и ) .

Частицы же с массой М 200mе, относящиеся к классу лептонов, получили название м юо н о в . Сейчас массы этих частиц измерены с высокой точностью.

Для выполнения данной работы достаточно использовать следующие приближенные значения: М 275mе и М 207mе.

Схема регистрации -мезонов показана на рисунке 14.1. Протоны,

ускоренные до энергии 7 ГэВ =7х109 эВ, выводятся из кольцевого ускорителя при помощи отклоняющего устройства и попадают в мишень, установленную в специальном помещении, где проводятся измерения. Под действием энергичных протонов в мишени образуются пучки +- и – –мезонов,

регистрируемые фотоэмульсией.

В фотоэмульсии отрицательный пион может близко подойти к ядру,

поглотиться им и вызвать

деление ядра, осколки которого

Рис. 14.1

разлетаются во все стороны,

139

образуя ―звезду‖, показанную на рисунке 14.2.а.

В отличие от отрицательного, положительные пионы вследствие кулоновского отталкивания не могут приблизиться к положительно заряженным ядрам и распадаются с рождением мюона. На рисунке 14.2.б

показана схема распада положительного пиона на мюон и нейтрино:

Мюон – нестабильная частица, распадающаяся за время порядка 10-6с с образованием позитрона е+, электронного нейтрино е и мюонного

антинейтрино ~ :

означающего распад пиона, след в фотоэмульсии соответствует движению положительного мюона. Нейтрино следа в эмульсии не оставляет.

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

В работе используются микроскоп и фотоэмульсия, облученная –

мезонами. Исследуемая эмульсия закреплена на предметном столике (3)

микроскопа (рис.14.3) и может перемещаться в двух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью винтов препаратоводителя (4).

140