биологической ткани и алюминии

Энергия a-частиц, МЭВ	Воздух, см	Биологическая ткань, мк	Алюминий, мк
4,0	2,5
4.5	3,0
5,0	3,5
5,5	4,0
6,0	4,6
6,5	5,2
7,0	5,9
7,5	6,6
8,0	7,4
8,5	8,1
9,0	8,9
9,5	9,8
	10,6

Например, связь между пробегом a-частиц и протона имеет вид:

R_Н(Е) = 1,007× R_a (3,912 Е),

т, е. пробег протона с энергией, например 10 Мэв, приблизительно равен пробегу a -частицы с энергией 39 Мзв.

Пробег тяжелых заряженных частиц в других веществах можно получить из экспериментальных данных, с помощью номограммы Вильсона (рис.1), где по левой шкале отложен пробег в г/см², по средней шкале - энергия, по правым шкалам - заряд ядра вещества, через которое проходит частица и масса летящей частицы.

Соответствующие пробег, энергия и атомный номер лежат на одной прямой. Чтобы найти энергию протона с пробегом в 2 г/см ²в свинце, необходимо точку 2 левой шкалы соединить прямой линией с точкой z = 82 шкалы р. Эта прямая пересекает кривую энергии для р в точке 29 Мае. Зная пробег частиц в г/см ², легко можно вычислить пробег в данном веществе в см. Переход между ними осуществляется простым делением на плотность r е/см ³:

.

Пробег в1 г/см ²означает прохождение слоя толщиной, равной , т.е. слоя, который образуется при равномерном распределении 1 г вещества на площадке в 1 см ².

На рис.2 и рис.3 дано соотношение между пробегом и энергией протонов в алюминии, и на рис.259 - в меди.

Ионизационная способность. Чем больше ионов образует частица на единице пути, тем больше энергии она при этом потеряет. Поэтому потеря энергии на единице пути характеризует ионизирующую способность частицы. Зная эту величину и среднюю энергию на создание одной пары ионов, можно подсчитать число ионов, создаваемых частицей на единице пути.

На рис.5 дана зависимость ионизации a-частицей от (R _a- х), где R _a - пробег, (R _a- х) - остаточный пробег, х — пройденный путь. Кривая ясно показывает, что при приближении величины пройденного пути к величине пробега (х®R _a) ионизирующая способность a-частицы заметно возрастает. Это связано с тем, что скорость частицы стала небольшой и вероятность ионизации возрастает, так как a-частица большее время проводит вблизи данного атома. Резкий спад ионизирующей способности в самом конце пути связан с тем, что a-частица потеряла всю свою энергию.

d-лучи. При прохождении заряженной частицы через вещество они способны оторвать электрон и сообщить ему большую энергию, достаточную для вторичной ионизации. Такие электроны оставляют короткие следы и носят название d-электронов или d-лучей. Энергия d-электрона:

,

Где v -скорость падающей частицы, т —масса электрона, или

, где .

Угол вылета электрона в лабораторной системе координат определяется углом . Электрон имеет максимальную энергию при j=0 т.е.когда он выбивается вперед.

Число d-электронов с энергией W_кэв, W_кэв+dW_кэв в воздухе на единице пути при 15°С и 760 мм рт.ст., образуемое протонами, равно

.

Наблюдение числа d-электронов на единице пути широко используется для определения заряда тяжелых частиц космического излучения.

Осколки деления. Осколки деления, имея большой заряд, производят ионизацию вещества в значительно большей степени, чем легкие частицы (a, протоны и др.). Это приводит к более быстрому расходу энергии. Отличительной особенностью движения осколков деления является то, что они по мере уменьшения своей энергии захватывают электроны, уменьшая свой заряд. Второй особенностью является то, что вдоль следа образуется большое число коротких следов ядер отдачи и след имеет значительную кривизну, что объясняется накоплением большого числа малых отклонений, обусловленных столкновениями с ядрами.

IV. Экспериментальная установка.

Для определения пробега a-частиц препарат с радиоактивным источником (Pu²³⁹) помещается около входного окна счетчика. Он закрепляется на подвижном устройстве, способном перемещаться вдоль оси счетчика и имеющим шкалу для определения расстояния между счетчиком и препаратом. Препарат перемещается вращением ручки подвижного устройства.

Импульсы, возникающие в счетчике, обусловлены космическим излучением и a-частицами радиоактивного препарата. При увеличении расстояния между препаратом и счетчиком скорость счета уменьшается, т.к. все меньшее число a-частиц попадает в счетчик. Когда расстояние между ним и препаратом станет превышать длину пробега a-частиц в воздухе, скорость счета установки будет ни чем иным, как скорость счета космического фона. Поэтому, построив график зависимости скорости счета от расстояния между счетчиком и препаратом, можно определить длину свободного пробега a-частиц в воздухе по появлению плато в этой зависимости (рис.7).

Значение x = l ₀, при котором N = N _ф характеризует длину свободного пробега a-частиц в воздухе. Истинный пробег a-частиц l несколько больше l ₀, т.к. часть энергии a-частиц тратится на прохождение слюдяной пластины, прикрывающей счетчик. Зная толщину окна счетчика l_x и его объемную плотность r^н, можно оценить добавку l ¢, на которую отличается истинный пробег l от экспериментально измеренного l ₀. Для этого воспользуемся очевидным соотношением: , где r - плотность воздуха. Тогда

, (1)

l ^н r ^н = 3×10^-2 кг / м ², r = 1,29 кг / м ³.

V. Задания:

1. Изучить теорию и правила работы на установке.

2. Пять раз измерить скорость счета фона N _ф, определить среднее значение. При этом перенести препарат от окошка счетчика вправо до упора, с закрытой крышкой. Время измерения 1 мин.

3. Снять крышку, передвигая препарат влево, проводить измерения скорости счета , при этом на интервале 9-6 см перемещать препарат через 1 см, на интервале 6-2 см – на 0,5 см. При каждом x найти среднее значение N.

3^/. В каждом положении производить 5 измерений по 1 мин.

4. Построить график зависимости N (x).

5. По графику определить l ₀ и по формуле (1) и рассчитать l.

VI. Контрольные вопросы.

1. Что называется a-распадом? Что такое a-частица?

2. Что понимается под длиной свободного пробега a-частиц?

3. Какой радиоактивный изотоп присутствует в данном препарате? Какова его схема распада?

4. Объясните назначение элементов и принцип работы установки.

5. Куда исчезает a-частица, пробежав l ₀ в воздухе?

6. Каков механизм взаимодействия a-частиц с воздухом?

7. Как найти энергию a-частиц по измеренному l ₀?

VII. Литература.

1. Широков Ю.М., Юдин: Ядерная физика

2. Сивухин Д.В.: Атомная и ядерная физика т5 ч2. М. Н. 1989г.