Основные теоретические понятия

Известны три вида β-распада, происходящие при следующих условиях:

β– -распад: M(A, Z + 1) + me,

β+ -распад: M(A, Z) > M(A, Z – 1) + me,

е-захват: M(A, Z) > M(A, Z – 1) – me ,

 

Электроны и позитроны, испускаемые яд- рами при β-распаде, имеют непрерывное распределение по энергиям от нуля до максимального значения Eβmax называемого граничной энергией β-распада. Это связано с тем, что при β-распаде наряду с испусканием электрона (позитрона) и образованием дочернего (т.е. получившегося в результате бета-распада) ядра испускается антинейтрино (нейтрино), которое уносит часть энергии. Средняя энергия β-частиц, испускаемых тяжелыми ядрами, составляет примерно одну третью часть граничной энергии распада.

Спектр электронов в нерелятивистском случае описывается выражением (где N(E) – плотность вероятности того, что электроны имеют значение энергии в интервале от Е до E+dE).

 

Электроны, проходящие через вещество, испытывают упругие и неупругие взаимодействия с ядрами и электронами окружающей среды. В результате частицы теряют свою энергию и отклоняются от первоначального направления движения. При энергии электронов менее 2 МэВ потери энергии связаны с ионизацией и возбуждением атомов среды (при больших энергиях электронов заметными становятся потери на тормозное излучение). При малых энергиях величина удельных потерь на ионизацию дается выражением:

Для электронов с непрерывным спектром кривая поглощения достаточно хорошо описывается экспоненциальным законом:

N = N0 * exp(–μx),

где μ– коэффициент ослабления пучка электронов в поглотителе; x – толщина поглотителя; Nэ – число частиц, зарегистрированных в эксперименте; Nф – число фоновых событий.

Величина пробега (выраженная в массовых единицах) мало зависит от природы поглощающего материала, увеличиваясь от алюминия к свинцу на 20%. Обычно максимальный пробег β-частиц выражают толщиной слоя полного поглощения в алюминии RAL. Для точного определения максимального пробега (β-частиц в любом веществе необходимо пользоваться соотношением:

Метод измерения величины RM по поглощению β-частиц в веществе используется для β-излучателей, содержащих один сорт радиоактивных ядер или в случае небольшого фона сопутствующего ионизирующего излучения, так как в противном случае трудно определить толщину поглотителя, при котором прекращается регистрация β-частиц.

 

Обычно для определения RM используются поглотители из алюминия. В случае, если источник β-частиц содержит смесь из двух излучающих радионуклидов с отличающимися граничными энергиями, то характер излучения легко выявляется, когда кривая зависимости числа прошедших частиц от толщины поглотителя построена в полулогарифмических координатах:

Максимальный пробег RM для максимальной энергии электронов в данной работе определяется по точке пересечения графика зависимости с осью абсцисс.

Описание экспериментальной установки:

Экспериментальная установка содержит свинцовый домик, внутри которого помещаются источник β-частиц и счетчик Гейгера–Мюллера с окном, в дальнейшем называемый торцовым счетчиком. На торцовый счетчик подается высоковольтное напряжение от источника тока. Импульсы с торцового счетчика подаются на пересчетный прибор. Используемые в эксперименте образцы представляют собой алюминиевые фольги разных толщин от 1 до 300 мг/см2 . Они устанавливаются между источником и торцовым счетчиком.

Следует отметить, что источник β-излучения подбирается так, что β-распад радионуклида не сопровождается испусканием γ- излучения, поэтому наблюдаемая экспериментальная картина не со- держит искажения, связанного с появлением вторичных электронов.

Ход работы:

I. Исследование зависимости вероятности поглощения потока β-частиц от толщины поглотителя

Опыт 1, Результаты:

 

 

 

Опыт 2, Результаты:

 

Вывод: Были выявлены закономерности ослабления потока β-частиц, проходящих через вещество. Были определены граничные энергии β-частиц, испускаемых радионуклидами с двумя различными энергиями β-распада и идентификация этих радионуклидов.

Экспериментальным путем было выявлено, что при увеличении толщины металлической фольги, кол-во бета частиц , проходящих через вещество уменьшается в логарифмической зависимости.

Также опытным путем было выявлено и доказано, что поглощение бета-частиц зависит от материала, который поглощает их. Чем тяжелее материал, тем больше потери энергии частиц.