Какие ядра называются радиоактивными?

Ядра испытывающие самопроизвольное, спонтанное изменение свойств со временем называются радиоактивными.

 

Что называется Активацией?

Ядерная реакция, в процессе которой происходит преобразование стабильных ядер и частиц

Физический смысл области устойчивости стабильности ядер и способы распада нестабильных ядер, лежащих выше и ниже области устойчивости.

В области протонно-нейтронной диаграмме называемой дорожкой стабильности, где располагаются легкие (до Z < 20) -стабильные нуклиды. Они содержат примерно равное число протонов и нейтронов. При росте массового числа А относительная доля нейтронов возрастает. Что объясняется действием кулоновских сил отталкивания протонов в ядре. Не существуют стабильных нуклидов с Z > 84, A > 210. К основным видам распада относятся: -распад, -распад, спонтанное деление тяжелых ядер, испускание запаздывающих нейтронов и протонов.

 

Закономерности радиоактивного распада, физический смысл , , T1/2, и выражения, их связывающие.

-постоянная распада - единственная статичная величина характеризующая радиоактивный распад.

вероятность ядру испытать радиоактивный распад

вероятность ядру не испытать радиоактивный распад

- среднее время жизни ядра

- число не распавшихся ядер к моменту времени t

- число распавшихся ядер к моменту времени t

- закон радиоактивного распада

- скорость радиоактивных превращений или активность

Физический смысл:

(постоянная распада) - это вероятность распада ядра в единицу времени.

(среднее время жизни) - это математическое ожидание времени жизни отдельного ядра.

T1/2 (период полураспада) - это время, за которое первоначальное число ядер данного нуклида должно уменьшиться в два раза.

Выражения связи :

; .

Дать определение периода полураспада и показать методику определения T1/2 по результатам измерений уменьшения активности образца во времени.

 

Период полураспада T1/2—время, за которое исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое.

Закон накопления числа радиоактивных ядер при активации.


«Обнинский институт атомной энергетики –

Филиал Федерального автономного образовательного учреждения

Высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Заочный факультет

Кафедра ядерной физики

 

Лабораторная работа №3

Тема: Изучение распределения пробегов -частиц и определение энергии -частиц

 

 

Выполнил:

студент группы ЭиА-С12-з

Казаков Е.И.

Проверил: Гончарова И.Н.

 

Обнинск 2015

Цель работы: изучение распределения пробегов -частиц и определение энергии -частиц.

Ход работы:

Ядра изотопа гелия называются -частицами. -частицы образуются при радиоактивном распаде тяжелых ядер, а также могут быть получены на ускорителях заряженных частиц. Ядро гелия содержит два протона и два нейтрона и является примером дважды магического ядра, удельная энергия связи которого является аномально высокой для ядер в начале таблицы Менделеева и составляет 7,03 МэВ на один нуклон. Масса -частицы равна 4,00273 а.е.м, спин и дипольный магнитный момент равны 0. Квадрупольный электрический момент -частицы также равен нулю, что свидетельствует о сферической форме ядра.

-частица относится к разряду тяжелых заряженных частиц. Тяжелыми заряженными частицами принято называть частицы, масса которых в несколько тысяч раз превышает массу электрона.

При изучении пробегов -частиц обычно пользуются тонкими радиоактивными источниками. Источник считается тонким, если -частицы, образовавшиеся во внутренних слоях источника, проходят через материал источника, не изменяя практически своей энергии. Для выполнения данной работы применяется тонкий источник -частиц.

Схема измерительно устройства приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема измерительного устройства

1 – источник -частиц;

2 – коллиматор;

3 – полупроводниковый детектор;

4 – светонепроницаемый корпус

Детектор может перемещаться с помощью верньерного устройства в пределах [x0, xm]. Величина x0 определяется, в основном, размером коллиматора, а хт – величиной максимального пробега -частиц.

Nф =14

Время экспозиции 60 секунд

Таблица 1 – Таблица данных.

N   Расстояние Ni Ni-Nф 2
130,61
129,51
129,01
129,18
125,92
127,47
128,50
8,1 34,1 128,55
8,2 34,2 127,89
8,3 34,3 125,09
8,4 34,4 124,88
8,5 34,5 122,00
8,6 34,6 119,40
8,7 34,7 114,82
8,8 34,8 112,87
8,9 34,9 105,09
97,14
9,1 35,1 90,13
9,2 35,2 81,61
9,3 35,3 70,94
9,4 35,4 63,97
9,5 35,5 58,38
9,6 35,6 52,88
9,7 35,7 46,73
9,8 35,8 43,13
9,9 35,9 38,37
36,55
36,77
35,50
23,24
2,83
0,00

 

Здесь -количество фоновых отсчетов в точке за время измерения - число отсчетов в точке , обусловленных только исследуемым излучением ; - среднеквадратичная погрешность числа отсчетов . На рисунке 2 представлен график зависимости Nn(х).

Рисунок 2 - График зависимости Nn(х).

 

Кинетическая энергия -частиц, испускаемых источником , определяется по формуле:

, МэВ

 

где Ra = - оценка пробегов -частиц в воздухе при нормальных условиях.

Находим оценку средней величины пробега -частиц в воздухе:

МэВ

Посчитаем погрешность для Tа :

 

Вывод: В данной лабораторной работе мы изучили распределения пробегов a-частиц и научились пределять энергии a-частиц: Ta=(4,9+0,3) МэВ. Графически представили энергетический спектр a-частиц, нашли оценку средней величины пробега a-частиц: R0=34,5 мм.

 

Контрольные вопросы.

1) Что показывают кривые интегрального и дифференциального распределений -частиц?

Интегральная кривая показывает зависимость числа - частиц, зарегистрированных в единицу времени в фиксированном телесном угле и прошедших определенный слой вещества. Дифференциальная кривая показывает среднюю величину пробега, являющуюся координатой максимума кривой.

2) Определение тонкого и толстого -источника.

Источник считается тонким, если - частицы, образовавшиеся во внутренних слоях источника, проходят через материал источника, не изменяя практически своей энергии, т.е.

;в противном случае, если , источник считается толстым

3) Виды потерь энергии -частиц при прохождении через вещество и их вклад при различных энергиях -частиц.

Тяжелые заряженные частицы при движении в веществе передают свою энергию, главным образом, электронам атомных оболочек посредством кулоновских сил, производя возбуждение и ионизацию атомов и молекул, а также диссоциацию молекул вещества. Неупругие потери энергии такого рода называются ионизационными. Возможны и кулоновские взаимодействия с ядрами атомов вещества, но такие взаимодействия маловероятны.

4) Чем объяснить прямолинейный путь -частиц в воздухе?

Процесс сброса энергии быстрой и тяжелой заряженной частиц происходит малыми порциями , т.е. фактически непрерывно. Сама же быстрая частица при столкновении с отдельным электроном мало отклоняется от своего пути из-за ее большой массы (сравнительно с массой электрона). К тому же и эти малые отклонения компенсируют друг друга при огромном числе случайно ориентированных столкновений. Поэтому траектория тяжелой заряженной частицы в веществе практически прямолинейна.

5) Как изменяются (начертить) интегральная и дифференциальная кривые при изменении давления воздуха в объеме между источником и детектором для тонкого -источника?

При повышении давления дифференциальная кривая «сжимается».

6) Как объяснить разброс длин пробегов для монохроматических - частиц?

Разброс длин пробегов – страгглинг, - объясняется флуктуациями числа атомов на пути частицы и перезарядкой частиц при их движении.

7) Оценить естественную ширину распределения -частиц по длинам пробега?

В энергетических -спектрах радиоактивных нуклидов часто наблюдается тонкая структура, т.к. -спектры зачастую состоят из дискретных линий, соответствующих -распаду на различные состояния дочерних ядер.

8) Оценить средние потери энергии -частиц в источнике?

Некоторая ассиметрия экспериментальных распределений – затянутая низкоэнергетическая часть – связана с тем, что из-за конечного телесного угла коллиматора часть -частиц попадают в детектор под углом к линии кратчайшего расстояния между источником и детектором, проходят большой путь и, следовательно, теряют большую энергию. Кроме того. -частицы могут потерять часть своей энергии на краях коллиматора. Наконец, часть -переходов происходит на возбужденные состояния конечных ядер, что также вносит вклад в ассиметрию пиков.


«Обнинский институт атомной энергетики –