Лабораторная работа № 12 «Изучение счетчика заряженных частиц и исследование - излучения в веществе» Цель работы: определение фона счетчика, определение массы радиоактивного изотопа, определение коэффициента поглощения - излучения в различных материалах. Схема установки Регистрирующее Re устройство А R - реостат А - анод К - катод С - конденсатор C R Пересчетное устройство Б Усилитель К + В H счётчик - ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Внимание! Необходимо соблюдать следующие требования охраны труда: - запрещается трогать руками поверхность счётчика. ЗАДАНИЕ 1. Определение фона счетчика 1. Уберите из установки радиоактивный препарат. 2. Установите на декадном переключателе секундомера-таймера СТЦ-1 интервал отработки в 200 с. 3. Подключите установку к сети и нажатием кнопки «Сеть» прибора СТЦ-1 включите питание. При этом должны загореться индикаторная лампа “Сеть” и цифровое табло обоих приборов, как СТЦ-1, так и счетчика частиц. 4. Проверьте исходное положение кнопок-переключателей на СТЦ-1: кнопки «Сеть», «Стоп» и «Контр.» должны находиться в нажатом состоянии, остальные - в отжатом. 5. Нажмите у СТЦ-1 кнопку «Уст.0». При этом на всех индикаторных цифровых табло обоих приборов должно установиться значение «0». 6. Отжав кнопку «Стоп» у СТЦ-1, дайте ему возможность начать отсчет времени, а счетчику частиц - отсчет импульсов, создаваемых фоном космического излучения. 7. По истечении заданного времени в 200 с оба прибора автоматически прекратят счет. По цифровому табло счетчика частиц снимите число импульсов N1, а по табло СТЦ-1 - значение времени t1 их регистрации. Значения N1 и t1 запишите в таблицу 1. 8. Повторите измерения по пунктам 4-7 еще 2 раза. ЗАДАНИЕ 2. Определение массы радиоактивного изотопа 1. Поместите в установку радиоактивный препарат. 2. Установите на декадном переключателе секундомера-таймера СТЦ-1 интервал отработки в 100 с. 3. Проделав измерения в соответствии с пунктами 4-6 задания 1, определите по показаниям счетчика частиц и СТЦ-1 соответственно число импульсов радиоактивного излучения N2 и время t2. Полученные значения запишите в таблицу 2. 4. Повторите измерения по пунктам 1-3 еще 4 раза. ЗАДАНИЕ 3. Определение коэффициента поглощения -излучения в различных материалах 1. Между препаратом и счетчиком поместите пластину из алюминия. 2. Проделав измерения в соответствии с пунктами 2-3 задания 2, определите число импульсов N3 и время t3 и запишите полученные данные в таблицу 3. 3. Добавляя всякий раз по одной пластинке, проведите аналогичные измерения, доведя число пластин до пяти, каждый раз фиксируя суммарную толщину поглощающего слоя d. 4. Проведите измерения по пунктам 1-3, беря в качестве поглотителя медные пластинки. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ ЗАДАНИЕ 1. Считая, что в отсутствии радиоактивного препарата в свинцовом «домике» все регистрируемые импульсы вызываются только космическими частицами, определите фон космического излучения nф как N nф 1 . t1 По найденным трем значениям nф определите его среднее значение nф . ЗАДАНИЕ 2. 1. Зная число импульсов N2, зарегистрированных за время t2, определите число импульсов nо в единицу времени: nо N2 . t2 2. Считая, что все - частицы, испускаемые радиоактивным препаратом, попадают в счётчик и каждая из них вызывает появление отдельного импульса, определите число распадов в единицу времени, т.е. активность радиоактивного препарата Ак как Aк nо nф . 3. Учтите, что, с другой стороны, из закона радиоактивного распада в дифференциальном виде активность радиоактивного элемента равна dN (1) Aк N, dt где: N - число атомов радиоактивного элемента; - постоянная распада, причем: а) ln 2 , T (2) где Т – период полураспада; m б) N N A , (3) A где: m - масса радиоактивного элемента; A - атомная масса радиоактивного элемента; N A - число Авогадро. Объедините выражения (1), (2) и (3) в одно и выразите из него массу m радиоактивного элемента. Используя полученную расчётную формулу и данные таблицы 2, определите массу m радиоактивного изотопа. 4. По полученным 5-ти значениям массы m радиоактивного изотопа определите её среднее значение m . ЗАДАНИЕ 3. 1. Используя результаты задания 2, по найденным в нём 5-ти значениям nо , определите их среднее значение nо и запишите его в таблицу 3. Это значение nо равно числу частиц, падающих на поглотитель в единицу времени, или, что то же самое, числу частиц, прошедших в единицу времени через слой поглотителя нулевой толщины. 2. Зная число импульсов N3, зарегистрированных за время t3, определите число частиц n, прошедших через поглотитель в единицу времени: N3 . t3 3. По полученным значениям nо , n и d (для nо d = 0 м !!!) постройте график зависимости числа частиц, прошедших через поглотитель в единицу времени, от толщины слоя алюминия. 4. По построенному графику определите толщину d0,5 слоя половинного поглощения. Для этого на оси ординат отметьте точку, соответствующую значению n0,5, которая определяется как n n0.5 nо nф 2 . По оси абсцисс найдите значение толщины d0,5, которому соответствует найденное значение n0,5. 5. По виду построенного графика n от d убедитесь, что зависимость числа частиц n, прошедших через поглотитель в единицу времени, от толщины d слоя поглотителя имеет вид: n nо exp ( d ) , где: nо - число частиц, падающих в единицу времени на поглотитель; - коэффициент поглощения. Если прологарифмировать обе части этого выражения, то ln n ln n о d , т.е. получится выражение, являющееся уравнением прямой с угловым коэфф-том . Исходя из этого, вычислите значения ln n и постройте график зависимости ln n от d. По полученному графику определите коэффициент поглощения как tg , где - угол наклона линии графика к оси абсцисс. 6. Проделайте по пунктам 2-5 аналогичные вычисления и построения для второго случая, когда в качестве поглотителя используется медь. Таблица 1 №№ п/п t1 , с nф , с1 N1 nф , с1 1 2 3 Таблица 2 nо , N2 с 1 с расп с N A, 1 1 2 3 4 моль 1 А, кг моль 1 Т, с 0,154 5,056 108 t2 , 154 Радиоактивный изотоп Eu 62 6,02205 1023 №№ п/п Ak , m, m , кг кг 5 Таблица 3 № № п/п 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 Поглотитель nо , с 1 d, мм t3 , с N3 n, с 1 d0,5 , мм ln n , 1/м
