Для выполнения “виртуальной” лабораторной работы на персональном компьютере студенту не требуется знаний РС, достаточно элементарных практических навыков пользователя, умения работать с клавиатурой и мышкой. При этом нужно непременно следовать методическим указаниям и инструкциям, предварительно ознакомиться с теоретической частью работы, с принципом действия измерительных приборов и последовательностью операций при проведении эксперимента, понимать цель работы и смысл физических величин, входящих в расчетные формулы, ответить на контрольные вопросы, т.е. понимать суть выполняемого эксперимента. Таким образом, основные требования, предъявляемые студентам при выполнении компьютерной лабораторной работы, аналогичны требованиям, которые предъявляются при работе в лабораториях физического практикума.
Л а б о р а т о р н а я р а б о т а N 40
ИССЛЕДОВАНИЕ  - РАСПАДА РАДИОАКТИВНОГО ИЗОТОПА ПЛУТОНИЯ
1. РАДИОАКТИВНЫЙ АЛЬФА-РАСПАД ЯДЕР

При радиоактивном распаде ядер из них могут вылетать альфа-частицы, которые представляют собой ядра атомов гелия, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Масса - частицы равна кг, спин и магнитный момент равны нулю. Заряд частицы равен суммарному заряду протонов, входящих в ее состав, т.е. , где Кл. При - распаде исходное "материнское" ядро с зарядовым числом Z и массовым числом A превращается в новое "дочернее" ядро с порядковым номером Z-2 и массовым числом A-4. Известно более 150 - радиоактивных ядер. Подавляющее их число расположено в конце таблицы периодической системы элементов.

Время жизни - радиоактивных ядер колеблется в очень широких пределах: от

---

секунд для до лет для изотопа тория . Значения кинетических энергий E альфа-частиц, испускаемых ядрами, лежат, однако, в весьма узком интервале: от 2,0 до 8,8 МэВ. Опыт показывает, что чем меньше среднее время жизни радиоактивного ядра, тем больше энергия E образующихся - частиц. Количественно связь между этими величинами выражается законом Гейгера-Нэттола

, (1)

где - среднее время жизни альфа-радиоактивного ядра данного изотопа (выражается в секундах);

- кинетическая энергия частицы (МэВ).

Измеряя энергию - частицы можно оценить среднее время жизни и период полураспада данного изотопа

Образовавшаяся внутри ядра - частица (как и нуклон) удерживается там силами неэлектрической природы, которые действуют лишь на расстояниях 10^-15 м. Вне ядра между частицей и новым ядром действуют силы кулоновского отталкивания. Потенциальная энергия такого взаимодействия имеет вид:

Согласно квантово-механическим представлением - частица туннелирует из ядра, преодолевая потенциальный барьер, форма которого схематически представлена на рис. 1




Рис. 1. Энергия взаимодействия - частицы с ядром:

- энергия - частицы; r_я- радиус ядра;

- ширина барьера для энергии Е

---

В зависимости от величины энергии  - частицы возможны три случая.

1. При - частица находится в ядре.

2. При - частица не связана с ядром и может находиться на любых расстояниях от ядра.

3. При для - частицы существует отличная от нуля вероятность обнаружения ее вне ядра.

Явление прохождения частицы сквозь потенциальный барьер называют туннельным эффектом. Вероятность туннелирования частицы массой с энергией сквозь барьер шириной определяется квантово-механическим соотношением

. (2)

Согласно (2) вероятность туннелирования частицы из ядра с ростом увеличивается, а среднее время жизни ядер уменьшается.
2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДВИЖУЩИХСЯ -ЧАСТИЦ С ВЕЩЕСТВОМ

Движущаяся с большой начальной скоростью ( м/с) массивная, положительно заряженная частица теряет энергию, взаимодействуя с электронами и ядрами вещества-поглотителя.

Возможны три вида потерь энергии быстрой заряженной частицы в веществе: а) на ионизацию и возбуждение атомов поглотителя, б) на образование ядер отдачи, в) на тормозное излучение электромагнитных волн.

2.1. Ионизационные потери

При столкновении заряженных частиц с атомами поглотителя последним может быть передана энергия, достаточная для перехода электронов на более высокие энергетические уровни (возбуждение атомов) и даже отрыва электронов от атомов (ионизация). Эти потери называются ионизационными. Энергия

---

- частицы при таких взаимодействиях теряется относительно малыми порциями. Так, средний потенциал возбуждения атомов и молекул воздуха составляет 35 эВ.При прохождении - частицы в воздухе процесс ионизации идет до тех пор, пока ее энергия не станет меньше потенциала ионизации молекул вещества. После этого альфа-частица, захватив два электрона, превращается в нейтральный атом гелия. Вслед за альфа-частицей образуется колонка (цепочка) ионов, плотность которых к концу пути возрастает. Общее количество пар ионов можно оценить, разделив начальную энергию - частицы (4-8 МэВ) на средний потенциал возбуждения (35 эВ). Для воздуха число таких пар составляет . В связи с этим радиационное поражение живого организма - радиоактивными препаратами представляет значительную опасность.

2.2. Потери энергии на оразование ядер отдачи

В результате взаимодействия положительно заряженных альфа-частиц с ядрами вещества поглотителя возможно и упругое столкновение. В этом случае изменяется скорость частицы по направлению и по величине, а ядра поглотителя смещаются от положения равновесия. Возникают так называемые ядра отдачи. Если вещество поглотителя представляет собой идеальный кристалл, то после прохождения -частицы в нем возникают точечные дефекты кристаллической решетки. Для -частиц, которые движутся в воздухе, потерями энергии на образование атомов и ядер отдачи можно пренебречь по сравнению с ионизационными, поскольку вероятность столкновения -частицы с ядрами весьма мала.

2.3. Радиационные потери

Как известно, ускоренное движение заряда сопровождается электромагнитным излучением, называемым тормозным излучением. Потери энергии частицы на формирование электромагнитного излучения (радиационныепотери энергии) для - частиц в воздухе, как показывают опыт и теоретические расчеты, пренебрежимо малы по сравнению с ионизационными.

---

Таким образом, для альфа-частицы, движущейся в воздухе, потери энергии определяются процессами возбуждения и ионизации атомов и молекул. Вследствие того, что масса - частицы превосходит массу электронов почти в 10000 раз, ее траекторию в воздухе можно считать практически прямолинейной. Она может отклониться лишь при взаимодействии с ядрами вещества - поглотителя (редкие события).

3. КРИВАЯ ПОГЛОЩЕНИЯ АЛЬФА-ЧАСТИЦЫ В ВЕЩЕСТВЕ

Путь, пройденный - частицей при замедлении ее до тепловых скоростей (100 м/с), принято называть полным пробегом. Однако даже при равных начальных скоростях (энергиях) наблюдаются отличия в полных пробегах отдельных частиц. Это обусловлено как флуктуацией концентрации атомов вещества - поглотителя на пути частицы, так и флуктуацией энергетических потерь в каждом отдельном акте ионизации атомов. В связи с этим для описания поглощения частиц в веществе вводят несколько иные параметры, имеющие размерность длины.

Средним пробегом называют толщину слоя вещества, в котором поглощается ровно половина всех частиц. Его определяют с помощью кривой поглощения частиц в веществе. Так называют график зависимости количества моноэнергетических частиц, фиксируемых счетным устройством за некоторое время t, как функцию толщины слоя (рис. 2).

Определение среднего пробега как расстояния, пройденного частицами до точки, в которой интенсивность пучка уменьшается в два раза, возможно лишь для коллимированного пучка моноэнергетических частиц. В случае нарушения этого условия заданные уменьшения интенсивности наблюдаются при меньших значениях , что приводит к заниженным значениям .




Рис. 2. Кривая поглощения альфа частиц в веществе: х – расстояние от источника до счетчика; - средний пробег;

- экстраполированный пробег.

---

Смотрите также файлы

• Негосударственное образовательное частное учреждение высшего образования московский.docx

• Датчики положения.docx

• 3. Горный каркас России Урал и горы Южной Сибири Урал в переводе с тюркского означает пояс. Каменный пояс Русской земли.doc

• Выполнение практической работы3.docx

• Самоанализ по режимному моменту Закаливание после сна. Цель.pdf