- •Различными веществами
- •1. Бета – распад
- •2. Процессы взаимодействия быстрых электронов с атомами вещества
- •3. Количественные характеристики процесса поглощения веществом – излучения
- •Величину
- •4. Описание установки
- •6. Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы:
- •Рекомендуемая литература:
- •Поглощение бета–излучения различными веществами
5.2.1.6.
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
ПЕТЕРБУРГСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Кафедра физики
Лаборатория оптики и атомной физики
ПОГЛОЩЕНИЕ БЕТА–ИЗЛУЧЕНИЯ
Различными веществами
Методические указания к лабораторной работе № 331
САНКТ–ПЕТЕРБУРГ
2005
Цель данной работы состоит в определении толщин полного поглощения и коэффициентов поглощения излучения для ряда материалов, а также в расчете пробегов и массовых коэффициентов поглощения для этих материалов.
1. Бета – распад
Радиоактивностью называется самопроизвольное превращение одних атомных ядер в другие, сопровождаемое испусканием элементарных частиц. Естественной называется радиоактивность, наблюдающаяся у ядер, существующих в природных условиях. Радиоактивность ядер, полученных посредством ядерных реакций, называется искусственной.
К числу радиоактивных превращений относится – распад. Так называют самопроизвольный процесс, в котором исходное ядро превращается в другое ядро с тем же массовым числом , но с зарядовым числом , отличающимся от исходного на . Это связано с тем, что – распад сопровождается испусканием электрона (позитрона) или захватом электрона из оболочки атома. Различают три разновидности – распада:
1) электронный – распад, при котором один из нейтронов ядра превращается в протон с испусканием электрона и антинейтрино . При этом массовое число остается неизменным, а порядковый номер элемента увеличивается на единицу:
,
2) позитронный – распад, при котором один из протонов ядра превращается в нейтрон с испусканием позитрона и нейтрино . При этом массовое число остается неизменным, а порядковый номер элемента уменьшается на единицу:
,
3) электронный захват, при котором ядро поглощает один из электронов (реже один из или электронов) своего атома, в результате чего один из протонов превращается в нейтрон, испуская при этом нейтрино.
В свое время по аналогии с рентгеновскими лучами было принято название – лучи. В настоящее время природа этих лучей выяснена и под – излучением понимают поток – частиц (электронов или позитронов), испускаемых радиоактивным веществом.
Поскольку нейтрино и антинейтрино не имеют ни заряда, ни массы покоя, они очень слабо взаимодействуют с веществом и обладают огромной проникающей способностью. Экспериментально обнаружить эти элементарные частицы очень сложно. Гипотеза о существовании нейтрино была выдвинута В.Паули в 1931 г. на основании косвенных доказательств, к которым прежде всего относится непрерывный энергетический спектр электронов при – распаде (распределение электронов по энергиям).
Типичная кривая распределения электронов по энергиям при распаде представлена на рис.1. Максимальная энергия , которой обладают электроны, называется граничной энергией – спектра. Эта величина характеризует радиоактивный препарат с точки зрения проникающей способности его излучения. Из рисунка видно, что электроны получают самые разные кинетические энергии от нуля до ; ядро же при – распаде, как доказано экспериментально, теряет одну и ту же энергию . Опираясь на эти факты и закон сохранения энергии, В.Паули предположил, что остальную часть энергии уносит другая частица (для – превращения – антинейтрино).
Рис. 1. Энергетический спектр электронов при – распаде.
– число электронов в единичном интервале энергий около энергии .
В пользу гипотезы о существовании нейтрино имеется еще одно важное обстоятельство – необходимость сохранения момента импульса в реакции распада. Поскольку спин нуклонов и электрона равен , то для сохранения момента импульса в реакции – распада должна участвовать частица с полуцелым спином (сейчас установлено, что спин нейтрино равен ).