Краткая теория

Лабораторная работа ЯФ-2К

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ

ПО ПОГЛОЩЕНИЮ В ВЕЩЕСТВЕ

Цель работы: Ознакомление с методикой измерения характеристик радиоактивного излучения.

Задачи: 1. Определение естественного фона космического излучения.

2. Определение энергии гамма-квантов радиоактивного изотопа по толщине половинного поглощения в веществе.

Краткая теория

Гамма-излучение – это электромагнитное излучение, возникающее при самопроизвольном переходе ядра из возбужденного состояния в состояние с меньшей энергией, т.е. по своей физической природе это коротковолновое электромагнитное излучение ядерного происхождения с длиной волны в пределах примерно 10 ^-12 – 2· 10 ^-15 м (10 кэВ - 5 МэВ).

Переход возбужденного ядра X^* (Z, A) с энергией Е* в ядро X(Z, A) с меньшей энергией Е происходит по схеме

X^* (Z, A) ® X(Z, A) + g. (1)

в соответствии с законами сохранения энергии и импульса

и ,

где , Т_Я.О. – соответственно кинетическая энергия и импульс отдачи ядра. Оценка Т_Я.О показывает, что g- квант уносит подавляющую часть энергии возбужденного ядра. Очевидно также, что спектр g-лучей дискретен.

Гамма-переходы должны удовлетворять некоторым правилам отбора по спину, четности и изотопическому спину /1, 2/, рассмотрение которых выходит за рамки данной работы.

Основными видами взаимодействия g-излучения с веществом являются фотоэффект, эффект Комптона и образование электрон-позитронных пар /1-3/. Благодаря этим процессам интенсивность g-излучения при прохождении слоя поглотителя уменьшается на величину

, (2)

где m - общий коэффициент поглощения, учитывающий вышеуказанные физические процессы:

m = s_Ф + s_К + s_П.

Интегрирование (2) дает известный закон поглощения

, (3)

где I₀ – интенсивность излучения без поглотителя; I – интенсивность после прохождения слоя вещества толщины Х.

Толщина слоя, после прохождения которого интенсивность излучения уменьшается в два раза, называется слоем половинного поглощения X_1/2.

Если толщину слоя поглощения Х (см) заменить отношением поверхностной плотности d (г/см²) к плотности материала r (г/см³), получим выражение (3) в виде

,

где m /r (см² / г) называется массовым коэффициентом поглощения, который зависит от материала поглотителя и энергии гамма-излучения.