Politechnika Śląska

Wydział AEiI

Kierunek AiR

Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki:

Wyznaczanie energii maksymalnej

promieniowania b metodą absorpcyjną.

Badanie statystycznego charakteru rozpadu

promieniotwórczego.

Grupa IV, sekcja 3

                                                                                                                          1. Szymon Ciupa                                                                                                          2. Adam Filipek

Gliwice, 30.04.1999

1. Wstęp teoretyczny:

Promieniowanie jądrowe jest to promieniowanie elektromagnetyczne lub korpuskularne emitowane przez jądra atomów podczas przemian promieniotwórczych. Może być ono wynikiem samorzutnego rozpadu niestabilnych jąder atomowych lub otrzymane sztucznie podczas przyśpieszania cząstek naładowanych. Rozpad promieniotwórczy jest przemianą jądra w inne jądro o niższym stanie energetycznym, a przemianie towarzyszy emisja cząstek a, elektronów (cząstek b) lub fali elektromagnetycznej (promienie g).

Szybkość rozpadu charakteryzuje czas połowicznego zaniku, po którym liczba jąder preparatu zmniejszy się dwukrotnie:

Średni czas życia pojedynczego jądra jest równy odwrotności stałej rozpadu:

Prawo rozpadu promieniotwórczego:

              Ubytek liczby jąder pierwiastka prom. w jednostce czasu, wynikający z promieniotwórczego ich rozpadu jest proporcjonalny do liczby jąder, które jeszcze nie uległy rozpadowi. 

N=N0e-lt

gdzie: l-stała rozpadu i określa prawdopodobieństwo rozpadu jądra w czasie 1sekundy,

          N0 - początkowa liczba jąder, N - liczba jąder, która pozostała.

Rozpad b polega na przemianie jednego neutronu w jądrze atomu w proton (lub odwrotnie), której towarzyszy emisja promieniowania b (czyli elektronu naładowanego ujemnie e- lub dodatnio e+) i odpowiednio antyneutrina (n~) lub neutrina (n). Można to napisać w postaci;

                            a) emisja elektronów: n ® p + e- + n~          - rozpad  b-

                            b) emisja pozytonów: p ® n + e+ + n         - rozpad  b+ 

                            c) wychwyt elektronów: p + e- ® n + n

Widmo energetyczne elektronów emitowanych  w czasie rozpadu promieniotwórczego b jest widmem ciągłym, o ściśle określonej energii maksymalnej (Emax). Maksymalna energia widma odpowiada sytuacji, gdy elektron unosi całą dostępną energię równą energii przejścia b. Teoretycznie największą energię posiadają cząstki w przypadku, gdy rozpad zachodzi bez udziału neutrino (bądź antyneutrino).

Rozpady dowolnych jąder izotopu promieniotwórczego nie mają wpływu na inne jądra, a chwili rozpadu wybranego jądra nie możemy przewidzieć. Można jedynie przewidywać, ile rozpadów zaobserwujemy w określonym czasie. Nasze rachunki oparte są na prawach statystyki.

2. Opis ćwiczenia:

1) Wyznaczanie energii maksymalnej promieni b

              Włączamy przelicznik. Mierzymy tło licznika (pomiar liczby zliczeń w czasie   10 min przy nieobecności preparatu). Preparat promieniotwórczy umieszczamy w domku ołowianym. Nastawiamy tryb pomiaru czasu zliczania zadanej liczby impulsów na 104. Pomiary wykonujemy najpierw bez absorbenta, a następnie z płytkami aluminiowymi dokładanymi na stos na preparat.

2) Badanie statystycznego charakteru rozpadu promieniotwórczego.

Preparat umieszczamy w domku ołowianym. Włączamy przelicznik. Notujemy 500 kolejnych wskazań licznika co 1[s]. 

3. Obliczenia i analiza błędów pomiarowych:

Część 1: Badanie statystycznego charakteru rozpadu promieniotwórczego: