- •Мета і завдання роботи:
- •Ядерні реакції
- •Ядерні реакції . Основні характеристики ядерних реакцій
- •Джерела нейтронів.
- •Ядерні реакції під дією нейтронів.
- •Дослідження ядерних реакцій типу (n,γ) активаційним методом
- •Накопичення і розпад радіоактивних ядер у зразку.
- •Вимірювання активності зразка після опромінення
- •Експериментальна установка для виміру активності досліджуваних зразків
- •Визначення ефективного перерізу реакціїй 27Al(n,)28v для теплових нейтронів відносним методом
- •Література:
Фізпрактикум з загального курсу
“ФІЗИКА ЯДРА І ЕЛЕМЕНТАРНИХ ЧАСТИНОК”
Лабораторна робота № 12
ВИЗНАЧЕННЯ ПЕРЕРІЗУ РЕАКЦІЇ 27Al(n,)28V ВІДНОСНИМ МЕТОДОМ
ПРАВИЛА РОБОТИ З РАДІОАКТИВНИМИ ДЖЕРЕЛАМИ ТА ВИСОКОВОЛЬТНИМ ОБЛАДНАННЯМ:
Радіоактивні джерела для роботи видаються студентам тільки на час проведення дослідів під розписку, про що робиться відмітка у спеціальному журналі. Студенти несуть особисту відповідальність за збереження і правильне використання радіоактивного джерела. У роботі використовується Pu--Be нейтронне джерело у парафіновому сповільнювачі – захисті.. На поверхні захисту джерела контрольний рівень випромінювання не перевищує 5-10 мкР/с. Нейтронне джерело не можна виймати з захисту. На лічильник Гейгера–Мюллера подається робоча напруга 400-500 В чи 800-1200 В.
Можливі аварійні ситуації: несанкціоноване витягнення джерела з захисту (приводить до підвищення рівня радіації у лабораторії у 10–100 разів вище допустимих норм), виникнення пожежі, пошкодження заземлення, пошкодження ізоляції проводів.
Категорично заборонено: виймати джерело нейтронів з захисту, вимикати кабель живлення детектора від увімкненого високовольтного блока.
Мета і завдання роботи:
Ознайомитись з основними характеристиками ядерних реакцій, зокрема, реакцій під дією нейтронів, характеристиками найбільш поширених джерел нейтронів. Ознайомитися з рівнянням активації та активаційною методикою проведення вимірювання ефективного перерізу ядерної реакції відносним методом. Експериментально визначити ефективний переріз реакції 27Al(n,)28V відносним методом.
НЕОБХІДНІ ПРИЛАДИ І МАТЕРІАЛИ:
Установка, яка складається з лічильника Гейгера–Мюллера в захисному свинцевому екрані, високовольтного блоку живлення для лічильника та лічильного пристрою. Лічильний пристрій і високовольтний блок можуть бути об’єднані в одному приладі. Джерело нейтронів знаходиться у парафіновому сповільнювачі та захисті від нейтронів. Зразки V2O5 та металевого алюмінію відомих розмірів і ваги.
Ядерні реакції
Ядерні реакції . Основні характеристики ядерних реакцій
Ядерна реакція– це процес перебудови атомного ядра під впливом γ–кванта або зарядженої чи нейтральної частинки що супроводжується утворенням нового ядра і нової частинки чи γ–кванта. Такий процес починається з зіткнення атомного ядра A з частинкою a (протоном, нейтроном, γ–квантом.), який призводить до утворення нового атомного ядра B і частинки b (протон, нейтрон, -квант.) Новоутворене ядро може бути як стабільними, так і радіоактивним.
У загальному випадку для позначення ядерної реакції використовують наступні символічні записи:
A+a → B+b, або A(a,b)B (1)
Ядерні реакції прийнято ділити на типи у залежності від того, під дією якої частинки вона починається і випромінюванням якої частинки закінчується. Наприклад (,p), (,n), (p,), (n,γ), (γ,n). Якщо реакція починається під дією, наприклад, нейтрона і випромінюється також нейтрон, але кінцеве ядро знаходиться у збудженому стані, то такий процес називають реакцією непружнього розсіювання, у такому випадку запис має такий вигляд. A(n,n’)A*
Першу ядерну реакцію здійснено Резерфордом, коли він спостерігав випромінювання протонів при опромінені ядер азоту альфа–частинками і перетворення ядра азоту у ядро кисню.
14N+4He →17O +1H або 14N (,p) 17O . (2)
Основні характеристики ядерних реакцій: ефективний поперечний переріз– σ, вихід реакції– Y, енергія реакції– Eр, функція збудження– σ(Еч) .
Ефективний поперечний перерiз σ –визначає імовірність певного перетворення (акту певної ядерної реакції) за 1 с, якщо ядро опромінюється потоком частинок щільністю 1 частинка за 1 секунду на 1 м2. Ефективний переріз має розмірність площі [м2]. Позасистемна одиниця барн дорівнює 10-28 м 2
Число актів ядерної реакції dN, які відбулися за проміжок часу dt у зразку (мiшені), який містить n досліджуваних ядер, внаслідок реакції з ефективним поперечним перерiзом σ, при опроміненні зразка нейтронами з густиною ( щільністю) потоку φ можемо знайти з виразу:
dN= σּnּφּdt ּּ (3)
Інтегруючи вираз (3) одержимо, що на протязі часу опромінення to у зразку утвориться N(to) кінцевих ядер (продукт реакції)
N(to)= σ ּ n ּ φ ּto (4)
Слід зауважити, що вирази (3) (4) справедливі тільки у випадку коли маємо потік нейтронів чи інших частинок однієї енергії (монохроматичні частинки) та кінцеве ядро не є радіоактивним. Вираз (4) може бути використаний для розрахунку, наприклад, ефективного перерізу, якщо інші величини нам відомі.
Вихід реакції Y(Eч)– відношення числа актів реакції у мішені, що містить певну кількість ядер n на 1 м2, до числа частинок з енергією Eч, що попали на мішень. Наближено Y(Eч)= σּn
Функція збудження σ(Еч) – залежність величини ефективного перерізу реакції від енергії збуджуючої частинки.
Енергія реакції Ер– різниця між енергією спокою ядра і налітаючої частинки (МА+Мa)ּc2 та енергією спокою продуктів реакції (МB+Мb)ּc2//
Eр=(МА+Мa)ּc2 -(МB+Мb)ּc2 (5)
Якщо Eр >0 реакція супроводжується виділенням енергії і називається екзоенергетичною (екзотермічною), якщо Eр <0 реакція ендоенергетична (ендотермічна) і може протікати тільки у випадку, коли енергія налітаючих частинок перевищує так звану енергію порогу.
Екзотермічні реакції можуть відбуватись при яких завгодно малих енергіях налітаючих частинок. Наприклад, реакції типу (n,γ) можуть відбуватись з великою імовірністю при енергіях нейтронів 0.001 еВ і менше. Внаслідок такої реакцій енергія виділяється у вигляді гамма–кванта. Імовірність протікання такої реакції для деяких хімічних елементів дуже велика при маленьких енергіях нейтронів ≈0,002 еВ, наприклад для кадмію 2910 барн і зменшується на 2 порядки з зростанням енергії нейтронів до 1 еВ, а при збільшені енергії нейтронів до 1 МеВ переріз спадає до 3-4 барн
Для ендотермічної реакції енергія порогу наближено дорівнює величині Eр . Такого типу реакція може відбуватися у випадку опромінення ядер швидкими нейтронами з енергією більше 0.1 МеВ. До екзотермічних реакцій можемо віднести реакції (n,2n), (n,p), (n,pn),