Лабораторний практикум з фізики. Частина 3 (ядерна фізика, статистична фізика і термодинаміка, фізика твердого тіла)

Комптонівське розсіювання відбувається інтенсивніше на найбільш слабко зв'язаних електронах. Розсіяний -квант може мати достатню енергію, щоб ще раз розсіятись чи здійснити фотоефект. Тому комптонівське розсіювання, як правило, супроводжується випромінюванням рентгенівських променів і електронів Оже, а також має місце інтенсивна іонізація.

Утворення електронно-позитронних пар

При взаємодії електромагнетного поля фотона з електричним зарядом зустрічної пластинки (електрона, ядра) може відбутись особливий ефект – народження двох нових частинок – електрона і позитрона. При цьому фотон зникає, а його енергія перетворюється в енергію спокою двох нових частинок і в кінетичну енергію, а ще частина енергії передається тій частинці, в полі якої відбулось це перетворення:

Е=mе-с2+mе+с2+Ее-+Ее++ Е0, (10)

де mе-с2 і mе+с2 – енергії спокою електрона і позитрона;

Ее- і Ее+ – кінетичні енергії цих частинок;

Е0 – енергія, яку одержала частинка чи ядро, в полі яких відбулось це перетворення.

Очевидно, що ефект народження електронно-позитронної пари, можливий лише тоді, коли E>2m0c2=1, 02 MeB.

Імовірність перетворення -кванта в електронно-позитронну пару зростає з ростом Z. Надлишок енергії -фотона (порівняно з величиною 1, 02 MeB) проявляється у вигляді кінетичної енергії електрона і позитрона. При цьому кутовий розподіл народжених частинок зменшується з ростом Е:

 . (11)

 

 

Залежність кожного із лінійних коефіцієнтів ослаблення - променів і загального коефіцієнта ослаблення в свинці від енергії показана на рис. 6. 3. 1.

Особливості поглинання - променів речовиною визначають відмінність конструкцій лічильників Гейгера для -фотонів і для - і -випромінювання.

У лічильника для реєстрації - випромінювання імовірність іонізації газу - променями близька до нуля. Тому стінки таких лічильників виготовляють достатньо товстими і, як правило, із металів. В стінках таких лічильників відбувається процес поглинання -квантів за одним із перерахованих видів взаємодії. Вторинне випромінювання, яке складається із заряджених частинок, іонізує газ і викликає розряди в лічильнику. Тому оптимальна товщина стінок повинна бути сумірною з довжиною вільного пробігу вторинних електронів у матеріалі стінки.

 

 

Лабораторна установка дає можливість визначити загальний коефіцієнт ослаблення - променів у свинці. Для виконання цієї роботи слід одержати в лаборанта радіоактивний препарат Co60, який знаходиться в свинцевому контейнері, що має коліматорний отвір і свинцеві фільтри, товщина яких по 1 мм.

При роботі з радіоактивним препаратом Co60 будьте уважними!

1. Виміряти інтенсивність -променів, тобто число -квантів без поглинальних фільтрів. Час випромінювання 1... 2 хв.

2. На шляху проходження -променів між препаратом і лічильником розмістити спочатку одну пластинку, потім дві і т. д., як поглинальні фільтри. Виміряти N (x). Час вимірювання 1... 2 хв.

Результати вимірювань занести до таблиці. 

3. Побудувати графік залежності In N (x) = f (x).

Підберіть масштаб для N (x) таким, щоб кут нахилу одержаної лінії до осі х складав не менше 30° рис. 6-3. 2.

4. Користуючись графіком залежності lnN (x) =f (x), знайдіть коефіцієнт поглинання -променів у свинці;

тобто коефіцієнт поглинання визначається як тангенс кута нахилу експериментальної лінії в області найбільшої прямолінійності. Для збільшення точності вимірювання не слід брати сусідні точки.

 

 

5. Користуючись графіками на рис. 6. 3. 1, знайти значення енергії -квантів і коефіцієнтів ослаблення ф, к, п.

Результати вимірювань записати у такому вигляді:

=ф+к+п

6. Зробити необхідні висновки про точність вимірювання.

 

 

1. Природа -випромінювання.
2. Як взаємодіють - промені з речовиною?
3. Як можна зареєструвати - випромінювання?
4. У чому полягає відмінність реєстрації - випромінювання від інших видів випромінювання?
5. Де практично використовують м’яке та жорстке - випромінювання?

 

Мета роботи: ознайомитись з одним з методів реєстрації іонізуючого випромінювання – методом товстошарових фотоемульсійних пластинок.

Прилади і матеріали: біологічний мікроскоп з препаратопереміщувачем; товстошарові фотоемульсійні пластинки зі слідами іонізуючого випромінювання.

 

 

Доки частинка летить у вакуумі і ні з чим не взаємодіє, її неможливо спостерігати. Частинку можна зареєструвати лише при взаємодії її з речовиною. Відомі різні види взаємодії частинки з речовиною. Заряджені частинки, проходячи через речовину, викликають іонізацію і збудження атомів середовища, що, в свою чергу, може проявитись у вигляді помітних ефектів: імпульсів струму, спалахів світла і інше. Гамма-кванти самі не створюють іонізації, але, взаємодіючи з атомами середовища, вони можуть у результаті різноманітних ефектів породжувати швидкі електрони, які вже іонізують речовину. Нейтрони викликають різноманітні ядерні реакції, в ході яких виникають швидкі заряджені частинки: протони,  -частинки, уламки атомних ядер та інші, або утворюються нестабільні ядра, які, як відомо, можна виявити за їх радіоактивністю.

Можливі процеси взаємодії частинок з речовиною і не позв'язана з іонізацією, наприклад, генерація квантів випромінювання Вавилова -Черенкова.

Всі ці процеси, суть яких – перетворення енергії випромінювання в інші види енергії, можна використати для реєстрації частинок. До пристроїв, в яких безпосередньо використовується