Politechnika Śląska

Wydział AEiI

Kierunek AiR

Ćwiczenie laboratoryjne z fizyki

Wyznaczanie maks. energii kinetycznej cząstek beta istat. charakt. rozpadu

Grupa 1

Sekcja 7

Janusz Fober

Maciej Kempa

Zjawisko samorzutnej przemiany jąder atomowych w inne i towarzysząca temu zjawisku emisja promieniowania nosi nazwę zjawiska naturalnej promieniotwórczości. W naszym ćwiczeniu zajmowaliśmy się rozpadowi beta.Wyróżniamy dwa rozpady beta - plus i minus. W rozpadzie beta minus przez jądro są emitowane elektrony. Elektrony te powstają po rozpadzie neutronu na proton, elktron neutrino o spinie równym 1/2 h, dzięki czemu nie zmienia się całkowity spin jądra. W przemianie beta plus z protonu powstaje neutron, pozyton i antyneutrino. Pozyton jest to cząstka, której masa jest równa masie elektronu, a ładunek wynosi +e. Badania wykazały, że rozkład energii cząstek beta jest rozkładem ciągłym ograniczonym od góry przez pewne E_max. Jest to powodowane tym, że energia rozpadu jest dzielona pomiędzy cząstkę beta i neutrino. Maksymalna energia elektronów odpowiada przypadkowi, gdy całą energię rozpadu przejmują elektrony, natomiast zerową energię mają elektrony, gdy całą energię przemiany przejmują neutrina. Cząstki beta przechodząc przez pewną substancję stopniowo, na skutek zderzeń z cząsteczkami, tracą swoją energię kinetyczną i ostatecznie są przyłączane przez cząsteczki danej substancji. Ilość energii jaką stracą cząstki beta po przejściu przez badaną substancję zależy wykładniczo od gęstości substancji i jej grubości.

W przeprowadzonych doświadczeniach korzystano z preparatu promieniotwórczego Talu, licznika Geigera-Müllera pozwalającego rejestrować promieniowanie beta oraz układu przeliczającego pozwalającego zliczyć ilość cząstek beta docierających do licznika w określonym czasie.

Stat. charakter rozpadu promieniotwórczego

Ustawiono tryb pracy przelicznika tak, aby co jedną sekundę podawał wartość zliczeń. Zarejestrowano kolejnych 500 wskazań przelicznika (patrz tabela pomiarowa 1). Następnie dla każdej wartości zliczeń obliczono ilość jej powtórzeń korzystając z poniższego wzoru:

1

gdzie

N_i - wartość zliczeń

2

- średnia wartość liczby zliczeń

3

gdzie

n_i - liczba powtórzeń

N=500 - ilość zarejestrowanych zliczeń

Otrzymane wyniki zostały zamieszczone w tabeli pomiarowej nr 2. Po zakończeniu obliczeń sporządzono histogram n_i=f(N_i) oraz, na tym samym rysunku, zamieszczono wykres rozkładu Poissona.

Wyznaczanie maks. energii promieniowania beta

Włączono układ pomiarowy i najpierw zliczono tło licznika, czyli ilość rejestrowanych cząstek beta w sytuacji, gdy w pobliżu nie znajdował się preparat promieniotwórczy. Następnie przełączono tryb pracy przelicznika na taki, że podawał czas w jakim zarejestrował 10³ impulsów. Doświadczenie polegało na zmianie grubości warstwy aluminiowej oddzielającej preparat promieniotwórczy od okienka licznika (w zakresie od 0 do 0,0650[mm]) oraz odczycie kolejnych przedziałów czasowych wskazywanych przez przelicznik przy różnych grubościach materiału absorbującego energię promieni beta (patrz tabela pomiarowa 3). Dla każdej grubości warstwy aluminium obliczono ilość impulsów przypadających na 1 minutę, a także logarytm tej wielkości (wyniki umieszczono w tabeli pomiarowej 4). Następnie metodą regresji liniowej sporządzono wykres zależności ln liczby zliczeń w czasie od grubości warstwy absorbenta.

ln N'=-0,01d+12,31

Błąd prostej:

4

Obliczono zasięg liniowy promieni b w aluminium w sposób jaki przedstawia wykres nr 2

5

Następnie obliczono zasięg masowy według wzoru:

6

7

8

Korzystając z wykresu nr 3 określono energię maksymalną promieni b

9

Jest to energia max promieni b preparatu promieniotwórczego Talu.

---