ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра оптики и спектроскопии

Лаборатория микрофизики

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ БЕТА-СПЕКТРА

Челябинск

2010

Цель работы: экспериментальное определение верхней границы  спектра методом поглощения.

Приборы и оборудование: газоразрядный счетчик, подставка для поглощающего материала, набор алюминиевых и медных пластинок, вета- источник.

1. Введение

Многие ядра испытывают вета- распад. Бета-распадом называется самопроизвольное превращение атомного ядра, при котором его заряд меняется на единицу, а массовое остается неизменным. Простейшим процессом ^--распада является распад свободного нейтрона на протон и электрон с периодом полураспада, равным 12 минутам:

.

В этом процессе появляется антинейтрино . Эта частица не имеет заряда, масса покоя ее близка к нулю или равна нулю. Экспериментальные исследования дают значение энергии массы покоя антинейтрино . Для сравнения, энергия массы покоя электрона составляет . Нейтрино или антинейтрино, если их энергия имеет порядок МэВ, столь слабо взаимодействует с ядрами, что могут пролетать толщу Солнца с ничтожной вероятностью быть захваченными или вызвать какую-либо реакцию. Поэтому в экспериментах с -активными ядрами нейтрино не регистрируется.

Различают три вида бета-распада:

1. -распад, при котором один нейтрон ядра превращается в протон и испускается электрон и антинейтрино.

2. -распад, при котором один протон ядра превращается в нейтрон и испускается электрон и нейтрино.

3. Электронный захват, при котором один из электронов атомной оболочки захватывается ядром.

Все бета- процессы обусловлены слабым взаимодействием. При и -распаде ядра испускаются две частицы. Так, например, при распаде:

высвобождается энергия 1,17 МэВ. Это значение получено из сравнения масс ядер ²¹⁰Bi и ²¹⁰Po. Экспериментальное исследование энергетического спектра испущенных -частиц дает распределение, приведенное на рис. 1. Как видно из рис.1, электроны имеют всевозможные значения кинетической энергии от нулевой до максимальной. Следует заметить, что очень мало электронов обладают энергиями, близкими к 1,17 МэВ.

Интерпретация непрерывного характера бета - спектра в свое время вызвала большие трудности. Исходя из законов сохранения энергии и импульса, заключаем, что при распаде наряду с электроном из ядер вылетает еще одна частица, не обнаруживаемая обычными средствами, которая уносит свою долю энергии.

Итак, в конечном итоге образуется три частицы (электрон, антинейтрино и дочернее ядро). Из законов сохранения энергии и импульса следует, что энергетический спектр электронов, образующихся вследствие -распада, имеет непрерывный характер.

Поскольку ядро гораздо тяжелее электрона, энергией отдачи ядра практически всегда можно пренебречь и считать, что вся энергия процесса выделяется в виде кинетической энергии электрона и энергии нейтрино. Следовательно, максимальная кинетическая энергия  - частиц в спектре (верхняя граница -спектра) практически совпадает с энергией распада. Для каждого радиоактивного изотопа имеет вполне определенную величину и является его важнейшей характеристикой. Измеряя , можно определить, с каким радиоактивным веществом имеем дело, а по активности  - источника определить количество радиоактивного вещества.

Рис. 1. Распределение по кинетическим энергиям электронов,

испускаемых ядрами .