Вказівки до виконання роботи. Перед виконанням лабораторної роботи необхідно вивчити такий теоретичний матеріал: радіоактивне випромінювання та його види; закономірності a

Перед виконанням лабораторної роботи необхідно вивчити такий теоретичний матеріал: радіоактивне випромінювання та його види; закономірності a, b, g- розпаду та їх властивості; поглинута, експозиційна та біологічна дози опромінення, їх одиниці; потужність дози опромінення [1, § 255 – 259, 2, § 188, 254–258, 260; 4 §§ 70].

Радіоактивністю називається процес самодовільного (природного) перетворення одних атомних ядер в інші, який супроводжується випромінюванням різних видів радіоактивних випромінювань і елементарних частинок.

Існує три основні види радіоактивного випромінювання: a, b, і g- випромінювання.

Найбільшу проникну здатність має g - випромінювання, яке супроводжує a і b - розпади при перетворенні ядра.

При проходженні пучка g - квантів крізь речовину інтенсивність g - випромінювання зменшується за рахунок взаємодії з електронною оболонкою атомів речовини, а також з їхніми ядрами.

Зміна інтенсивності g- випромінювання при проходженні крізь речовину описується законом Бугера:

, (7.2.1)

де І_x – інтенсивність g - випромінювання після проходження шару речовини товщиною x; І ₀ – початкова інтенсивність g -випромінювання;
m – лінійний коефіцієнт поглинання.

Основними механізмами взаємодії g - випромінювання з речовиною, що призводять до послаблення його інтенсивності, є фотоефект, комптон-ефект і народження електронно-позитронних пар.

Основними характеристиками дії g - випромінювання, а також інших видів іонізуючого випромінювання на речовину, є поглинута, експозиційна та біологічна дози випромінювання, потужність дози опромінення.

Студентам надається можливість, виходячи з рівняння (7.2.1) показати, що величина, обернена до коефіцієнта поглинання (1/m) має зміст товщини шару, в якому інтенсивність g - випромінювання зменшується в e =2, 7 раз. Крім того, логарифмуючи рівняння (7.2.1), вивести робочу формулу для визначення коефіцієнта лінійного поглинання
g -випромінювання:

. (7.2.2)

Із одержаної формули видно, що лінійний коефіцієнт поглинання g - випромінювання різними матеріалами визначається шляхом вимірювання інтенсивності випромінювання І_Х, що проходить крізь різні товщини x шару речовини, розміщеної між джерелом g - випромінювання та лічильником, а також початкової інтенсивності g -випромінювання.

Для одержання точніших значень інтенсивності g - випромінювання рекомендовано від одержаних даних І_Х та І ₀ відняти І _Ф – інтенсивність випромінювання природного фону, тобто випромінювання, яке фіксує лічильник при закритому свинцевому блоці джерела радіоактивного випромінювання.

Таким чином, робоча формула набуває вигляду:

. (7.2.3)

Використовуючи зв’язок між лінійним m та масовим m _m коефіцієнтами поглинання g - випромінювання та якщо відома густина r досліджуваного матеріалу, можна визначити масовий коефіцієнт поглинання m _m:

. (7.2.4),

Необхідно звернути увагу на те, що масовий коефіцієнт поглинання показує, яка частка енергії випромінювання поглинається одиницею маси речовини, в той час як лінійний коефіцієнт поглинання показує, яка частка енергії випромінювання поглинається одиницею товщини речовини.

Студентам надається можливість вивести одиниці лінійного та масового коефіцієнтів поглинання.

Схему приладу для вимірювання коефіцієнта поглинання показано на рисунку 7.2.1. Він складається з свинцевого блоку 1, в якому розміщено радіоактивний препарат, що випромінює майже паралельні g-промені; добір змінних поглиначів 2, коефіцієнт поглинання яких визначається в даній лабораторній роботі; лічильник Гейгера–Мюллера 3; лічильний пристрій 4.

Хід роботи

1. Увімкнути лічильний пристрій.

2. Протягом трьох хвилин вимірювати кількість імпульсів N _ф, зумовлених природним фоном. Радіоактивний препарат при цьому має бути закритий свинцевим екраном. Обчислити величину І _ф (І _ф= N _ф/180).

3. Відкрити радіоактивне джерело, протягом трьох хвилин вимірювати кількість імпульсів N ₀. Обчислити величину І ₀. (І ₀= N ₀/180).

4. Виміряти товщину поглиначів x і виразити її у метрах.

5. Досліджуваний зразок (метал, дерево, цеглина) розташувати між джерелом радіоактивного випромінювання та лічильником і визначити інтенсивність І_x (І_х = N_х /180).

6. Всі результати занести до табл.7.2.1.

7. Розрахувати m за формулою (7.2.3), використовуючи середні значення І_x, І ₀, І _ф та m _m за формулою (7.2.4).

Таблиця 7.2.1

Контрольні запитання

1. Розкажіть про склад ядра атома.

2. Що називається енергією зв’язку та дефектом маси ядра?

3. Що називається радіоактивністю?

4. Сформулюйте закон радіоактивного розпаду.

5. Назвіть основні види іонізуючих випромінювань та охарактеризуйте їх.

6. Запишіть правила зміщень для a і b -розпадів.

7. Які механізми взаємодії g - випромінювання з речовиною відомі? При яких умовах можливий кожен з цих механізмів взаємодії?

8. Що називається поглинутою, експозиційною, біологічною дозами випромінювання, потужністю дози опромінення?

9. Який фізичний зміст лінійного та масового коефіцієнтів поглинання?

10. Отримати формулу, що дозволяє визначити зв’язок між лінійним коефіцієнтом поглинання m і товщиною матеріалу х.