І. Теоретичні відомості

Радіоактивність – це спонтанне перетворення нестійких ізотопів одного хімічного елемента на ізотопи інших хімічних елементів, яке супроводжується випромінюванням a-, b-частинок та g-квантів.

Радіоактивність поділяють на природну та штучну:

- природна – це радіоактивність, що спостерігається в існуючих у природі нестійких ізотопах;

- штучна – це радіоактивність ізотопів, отриманих у результаті ядерних реакцій.

Радіоактивний розпад веде до поступового зменшення числа атомів радіоактивного елемента і має випадковий характер. Радіоактивність підтверджує складність будови атома.

Для характеристики радіоактивного випромінювання використовуються такі поняття:

1) проникна здатність – це шлях, який проходить до повної зупинки частинка при потраплянні в речовину;

2) іонізуюча здатність – це число пар іонів, які утворює частинка в процесі руху в речовині.

Характеристика складових радіоактивного випромінювання:

1. a-промені – потік ядер гелію ( ) з високою кінетичною енергією (2-9 МеВ) та швидкістю 14000-20000 км/с. Проникна здатність мала: в біологічній тканині пробіг електрона до повної зупинки становить ~0,12 мм. Рівняння для a-розпаду має такий вигляд:

, (1)

де X – материнське ядро; Y – дочірнє ядро.

2. b-промені – потік швидких електронів ( ) або позитронів ( ) з кінетичною енергією 0,01-8 МеВ та швидкістю ~160000 км/с. Іонізуюча здатність b-частинок – 300 пар іонів на 1 см. Тому їх проникна здатність більша, ніж у a-частинок: у біологічній тканині становить ~6 cм. Рівняння b-розпаду має такий вигляд:

– для електронів; (2)

– для позитронів. (3)

3. g-промені – потік фотонів з малою довжиною хвилі (l < 0,05 нм, n > 10²⁰ Гц) i кінетичною енергією ~1 МеВ. Це жорстке випромінювання, що не відхиляється магнітними полями. Швидкість g-квантів у вакуумі дорівнює швидкості світла. Іонізуюча здатність мала (1-2 пари іонів на 1 см пробігу), проникна здатність велика (пробіг у свинці становить приблизно 5 см, людину пронизує наскрізь).

Важливими параметрами, що характеризують процес взаємодії радіоактивного випромінювання з речовиною, є такі:

- коефіцієнт лінійного вбирання m чисельно дорівнює відносному зменшенню інтенсивності випромінювання на одиницю довжини проникнення:

[м^–1], (4)

де N₀ – кількість частинок, що потрапляють на тіло; N – кількість частинок, що пройшли крізь тіло товщиною l;

- шар половинного вбирання – це така товщина d шару речовини, яка зменшує інтенсивність радіоактивного випромінювання вдвічі. Оскільки інтенсивність радіоактивного випромінювання пропорційна числу частинок, то d характеризує поглинальну здатність речовини. Задається формулою:

d = 0,693/m [м]. (5)

Масовий коефіцієнт вбирання x чисельно дорівнює відношенню коефіцієнта лінійного вбирання речовини m до її густини:

x = m/r [м²/кг]. (6)

Активність радіоактивного розпаду – це міра кількості радіонукліду в досліджуваних об'єктах. Чисельно дорівнює кількості розпадів радіонукліду за одиницю часу. Одиницею вимірювання в СІ є Беккерель (Бк) (1 розпад радіонукліду за секунду: [c^–1]). На практиці частіше користуються позасистемною одиницею активності Кюрі (Кі). За кількістю розпадів 1 Кі дорівнює активності 1 г радію. Тому взаємозв'язок між вказаними одиницями такий: 1 Кі = 3,7×10¹⁰ Бк.

На практиці використовується питома радіоактивність A_m, яка чисельно дорівнює відношенню активності радіонукліда в досліджуваному об'єкті до його маси. Одиниця вимірювання – Кі/кг.

Радіоактивне випромінювання використовують для діагностики захворювань: вивчення процесів, які відбуваються в організмі; лікування злоякісних пухлин. У великих дозах радіоактивне випромінювання шкідливо діє на людський організм і призводить до променевої хвороби.

ІІ. Опис приладів і методика вимірювання

Радіоактивне випромінювання не реєструється органами чуттів людини. Тому для його реєстрації використовують спеціальні прилади - радіометри. Радіометр "БЕТА" призначений для кількісного визначення ступеня b-радіоактивності речовин, контролю радіоактивної забрудненості води та харчових продуктів. Блок-схема приладу показана на рис.1:

1 - Свинцевий контейнер; 2 - свинцева кришка контейнера; 3 - сенсор b-випромінювання; 4 – місце розташування досліджуваного об'єкта; 5 - пульт управління та індикації результату.

Призначення кнопок на пульті управління та індикації результату:

1) на бічній панелі:

– перемикач живлення приладу;

– перемикач звукового сигналу.

2) на лицевій панелі:

"Режим" – кнопка вибору режиму;

"Пуск" – кнопка запуску радіометра на вимірювання (утримувати не менше 1 с)

Режими радіометра:

"0" – режим встановлення радіометра у початковий стан;

"1"‑"6" – автоматичний запуск радіометра на вимірювання упродовж 1, 10, 500, 1000, 2000 с відповідно;

"7" – функціональний контроль блока вимірювання та індикації результатів 5 (див. рис.1). Щоб зупинити радіометр, необхідно перевести його кнопкою "Режим" у режим роботи "1"‑"6".

Принцип роботи радіометра залежить від типу сенсора 3 (рис.1). В установці використовується газорозрядна трубка Т, під’єднана до лічильної схеми П (рис.2). Принцип роботи газорозрядної трубки ґрунтується на явищі іонізації b-частинками суміші газів. У трубці Т поміщено циліндричний конденсатор, однією обкладкою якого є металевий циліндр (служить катодом К), а іншою – натягнута вздовж циліндра тонка нитка (служить анодом А). До катода К і анода А прикладена висока напруга від джерела постійного струму, яка через великий опір R навантаження під'єднана до лічильної схеми П. За відсутності потоку b-частинок газ у трубці нейтральний, у ньому немає носіїв заряду, а тому струм між К і А не проходить. При наявності потоку b-випромінювання у трубці виникає газовий розряд, унаслідок чого через опір R проходить струм. У зв'язку з тим що опір R великий, розряд швидко гаситься. Імпульси напруги на опорі реєструються лічильною схемою П. За допомогою радіометра визначають швидкість рахунку приладом імпульсів n. n – це кількість імпульсів, що реєструються приладом за 1 с:

n = N/t [с^–1], (7)

де N – кількість імпульсів за час вимірювання t.

Питома активність A_m визначається за формулою

A_m = k_A(n – n_ф – n_К) [Кі/кг], (8)

де n – загальна швидкість рахунку; n_ф – швидкість рахунку від радіоактивного фону; k_A – перерахунковий коефіцієнт (значення вказані в таблиці 1); n_К – швидкість рахунку від природного радіонукліду ⁴⁰К (значення вказані Таблиця 1.

Таблиця 2.

ІІІ. Завдання

1. Перевірити справність радіометра.

2. Визначити природний фон радіоактивності.

3. Визначити лінійний m, масовий x коефіцієнти вбирання та шар половинного поглинання d.

4. Визначити швидкість рахунку: загальну n, фонову n_ф, природного радіонукліда ⁴⁰К n_К.

5. Визначити питому активність A_m досліджуваного об'єкта.

IV. Хід роботи

1. Під'єднати радіометр до мережі змінного струму напругою 220 В. Перемикачем живлення приладу увімкнути блок 5 (див. рис.1).

2. Перевірити працездатність блока вимірювання та індикації радіометра:

- натиснути кнопку "Режим" і встановити покажчик режиму на цифру "7"; на індикаторному табло повинен спостерігатися підрахунок імпульсів від "0000" до "9999"; якщо вказаного перебігу цифр не спостерігається, необхідно від’єднати прилад від живлення і негайно повідомити викладача.

3. Виміряти природний радіоактивний фон N_ф. Для цього:

а) встановити радіометр у режим "3";

б) кнопкою "Пуск" запустити підрахунок імпульсів;

в) зчитати з цифрового табло кількість імпульсів радіоактивного фону N_ф.

4. Помістити в кювету радіоактивне джерело b-випромінювання. Кювету розмістити в області 4 (див. рис.1) приладу і закрити кришку 2 свинцевого контейнера.

5. Виміряти радіоактивність джерела b-випромінювання. Для цього:

а) встановити радіометр у режим "3";

б) кнопкою "Пуск" запустити підрахунок імпульсів;

в) зчитати з цифрового табло кількість імпульсів від джерела випромінювання N₀.

6. Помістити на кювету з джерелом b-випромінювання металеву пластинку і закрити кришку 2 свинцевого контейнера.

7. Виміряти інтенсивність b-випромінювання від радіоактивного джерела, яке пройшло через металеву пластинку. Для цього:

а) встановити радіометр у режим "3";

б) кнопкою "Пуск" запустити підрахунок імпульсів;

в) зчитати з цифрового табло кількість імпульсів від джерела випромінювання N, які пройшли через металеву пластинку.

8. Помістити кювету з зерном (досліджуваний об'єкт) в область 4 приладу і закрити кришку 2 свинцевого контейнера. Визначити радіоактивність об'єкта. Для цього:

а) встановити радіометр у режим "3";

б) кнопкою "Пуск" запустити підрахунок імпульсів;

в) зчитати з цифрового табло кількість імпульсів b-випромінювання N_з від об'єкта.

9. Розрахувати n, n_ф, n_К відповідно до формули (7).

10. За формулою (4) обчислити коефіцієнт лінійного вбирання m, за формулою (5) – шар половинного вбирання d, за формулою (6) – масовий коефіцієнт вбирання x (густина заліза 7800 кг/м³).

11. З табл. 1 і 2 визначити k_А та n_К.

Примітка. Якщо питома радіоактивність перевищує 10^–9 Кі/кг, то наявність природного ізотопу ⁴⁰К не потрібно брати до уваги.

12. Розрахувати питому активність A_m досліджуваного об'єкта за формулою (8).

13. Отримані результати записати в звітну таблицю.

V. Контрольні запитання

1. Що називають явищем радіоактивності?

2. Яка радіоактивність називається штучною?

3. Яка радіоактивність називається природною?

4. Дати означення та записати формулу для коефіцієнта лінійного вбирання.

5. Дати означення та записати формулу для шару половинного вбирання.

6. Дати означення та записати формулу для питомої активності речовини.

7. Яка будова радіометра?

8. Дати характеристику a-, b-, g-випромінювання.

9. В чому полягає принцип роботи газорозрядного сенсора b-випромінювання?

10. Як записуються рівняння зміщення для a-, b-, g-розпадів.

Звітна таблиця.

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА

1. Грабовский Р.И. Курс физики,-М.:Высшая школа., 1980.-607с.

2. Чолпан А.П., Основи фізики. -К.: Вища школа., 1995. -488 с.

3. Савельев И.В. Курс физики: Учебник: т. 3 -М.: Высш.шк. 1987,

4. Трофимова Т.И. Курс физики.-М.: Высш.шк. 1990.

5. Лабораторный практикум по физике /под ред. А.С.Ахматова.-М., 1980.

ДОДАТОК

Таблиця 1. АБСОЛЮТНІ ПОКАЗНИКИ ЗАЛОМЛЕННЯ ВОДИ (при 293К) ДЛЯ РІЗНИХ ДОВЖИН ХВИЛЬ

,нм	n	,нм	n
434,1	1,3403	589,3	1,3330
483,1	1,3371	656,2	1,3311
546,0	1,3345	768,2	1,3289

Таблиця 2.ПОКАЗНИКИ ЗАЛОМЛЕННЯ ДЛЯ ДЕЯКИХ РІДИН СПЕКТРАЛЬНОЇ ЛІНІЇ ( = 589,3нм)

Рідина	Т,К	n
Анілін	293,0	1,58630
Ацетон	292,4	1,35886
Гліцерин	293,0	1,47300
Метиловий спирт	287,5	1,33118
Етиловий спирт	291,2	1,36242

Таблиця 3.ДОВЖИНИ ХВИЛЬ СПЕКТРАЛЬНИХ ЛІНІЙ, НАЙБІЛЬШ ХАРАКТЕРНИХ ДЛЯ ДЕЯКИХ ЕЛЕМЕНТІВ В ВИДИМІЙ ЧАСТИНІ СПЕКТРА

Елемент	нм	Елемент	нм	Елемент	нм
Н	397,0	Hg	404,7	Na	466,9
	410,2		434,7		498,3
434,0	435,8	514,9
486,1	439,9	515,4
656,3	448,7	568,8
	482,6	589,0
546,1	589,6
576,9	615,4
579,1	616,1
610,0
730,2

Таблиця 4.ДОВЖИНИ ХВИЛЬ ЛІНІЙ НЕОНУ

Розміщення і колір ліній	,нм	Відносна яскравість
1.Яскраво-червона	640,2
2.Червоно-оранжева ліва із двох близьких	614,3
3.Оранжева, перша помітна зліва від 4-ої	594,5
4.Жовта	585,2
5.Світло-зелена перша помітна справа від 4-ої	576,0
6.Зелена ліва з двох однакових ліній	540,0
7. Зелена права з двох однакових ліній	533,0
8.Зелена права з п’яти рівновіддалених ліній	503,1
9.Синьо-зелена одинока	484,9

Таблиця 5.ДОВЖИНИ ХВИЛЬ СПЕКТРАЛЬНИХ ЛІНІЙ РТУТНО-КАДМІЄВО-ЦИНКОВОЇ ЛАМПИ

в А	Елемент	Інтенсивність	в А	Елемент	Інтенсивність
6438,4696	Cd		4799,914	Cd
6362,345	Zn		4722,163	Zn
6234,35	Hg		4680,140	Zn
6123,46	Hg		4678,160	Cd
6072,63	Hg		4358,343	Hg
5790,66	Hg		4347,50	Hg
5769,60	Hg		4339,21	Hg
5460,724	Hg		4106,07	Hg
5885,823	Cd		4077,8	Hg
4916,0	Hg		4046,77	Hg
4810,534	Zn

ЗМІСТ

Лабораторна робота №100

⇐ Предыдущая 27 28 29 30 31 32 33 34 3536