www.phys.nsu.ru 5. РАДИОАКТИВНОСТЬ Лабораторная работа 5.2
А. Р. Нестеренко, И. Н. Нестеренко Измерение энергии β-распа...
50 downloads
442 Views
438KB Size
Report
This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form
www.phys.nsu.ru 5. РАДИОАКТИВНОСТЬ Лабораторная работа 5.2
А. Р. Нестеренко, И. Н. Нестеренко Измерение энергии β-распада методом поглощения Цель работы: измерение максимальной энергии электронов, испускаемых при бета-распаде, и определение используемого в работе радиоактивного источника; изучение взаимодействия электронов с веществом; сравнение с помощью критерия χ2 полученных экспериментальных данных с эмпирической экспоненциальной зависимостью. Бета-излучение радиоактивных веществ и методы определения максимальной энергии. Бета-распадом является процесс самопроизвольного (спонтанного) превращения ядра в ядроизобар, т. е. ядро с тем же атомным весом, но зарядом, отличным на ∆Z = ±1 за счет испускания электрона (позитрона). Бета-распад является проявлением фундаментального слабого взаимодействия элементарных частиц. Согласно современным представлениям бета-распад обусловлен превраще-
www.phys.nsu.ru ниями кварков друг в друга. При бета-распаде с испусканием электрона один из d-кварков нуклона превращается в u-кварк, при этом нейтрон в составе ядра превращается в протон. При испускании
позитрона происходит обратное превращение. В случае, когда для соседних изобаров масса исходного ядра M(A,Z) больше массы M(A,Z±1) конечного ядра, так что М(A,Z) > М(A,Z±1) + me + mν , (me –
масса электрона (позитрона), mν – антинейтрино (нейтрино)), ядро ZXA неустойчиво по отношению к бета-распаду:
Z
XA →
Y A + e + ve ,
Z +1
Z
XA →
Y A + e + ve .
Z −1
Всегда когда энергетически выгоден бета-распад с испусканием позитрона, возможен так называемый захват электрона с К-оболочки атома – К-захват:
Z
XA +e→
Y A +ν e
Z −1
Простейший пример электронного бета-распада – распад свободного нейтрона с периодом полураспада 918 ± 14 (сек): п → р + е+ ν e на р – протон, е – электрон и ν e – антинейтрино. По данным 2002 г., на массу нейтрино установлен предел m v < 3 эВ. Характерной особенностью бета-распада является то, что электроны и позитроны, испускаемые атомными ядрами радиоактивного вещества, имеют всевозможные значения кинетической энергии от 0 до некоторой, вполне определенной максимальной энергии Еmax (граничной энергии бета-спектра). Значения Еmax для бета-частиц различных радиоактивных веществ сильно отличаются (см. табл. 1).
www.phys.nsu.ru 147
www.phys.nsu.ru Примерный энергетический спектр электронов бета- распада показан на рис. 1. Здесь dN / dE – число
бета-частиц в единичном интервале кинетической энергии Е, Pe,v,я – импульс электрона (позитрона),
антинейтрино (нейтрино) и ядра соответственно. Импульсные диаграммы распадов, соответствующие разным участкам энергетического спектра электронов, приведены под рисунком. Поскольку
электронный (позитронный) бета-распад – процесс трехчастный то, согласно закону сохранения импульса, P e + PЯ + Pν = 0 .
Энергетический баланс бета-распада может быть записан в виде
∆Eβ = [ M ( A, Z ) − M ( A, Z + 1)]c 2 = Ee + Ev + E я + me c 2 + mv c 2 , где Ее, Eν и Ея – кинетические энергии электрона, антинейтрино и ядра отдачи. Если пренебречь ма-
∆Eβ = Emax + me c 2 + mν c 2 . лой величиной Ея, то справедливо приближенное равенство Это соотношение может быть использовано для оценки массы антинейтрино. Таким образом, для определения энергии бета-распада необходимо измерение максимальной энергии Еmax. Наиболее точно энергию бета-частиц можно определить с помощью магнитного или полупровод-
www.phys.nsu.ru 2
3
1 Е макс
Pν~e (ν e )
Pν e (ν e )
e
Pß
( )
P− e
E
+
Pß
P
e−
(e )
Pß
+
Pß
Рис. 1. Энергетический спектр электронов (позитронов), образующихся при бета-распаде
никового спектрометра. Наиболее простым методом определения максимальной энергии является метод поглощения. Взаимодействие электронов с веществом Проходя через вещество, электроны теряют энергию и отклоняются от своего первоначального направления, т. е. рассеиваются. Если в процессе рассеяния частиц сохраняется их кинетическая
www.phys.nsu.ru 148
www.phys.nsu.ru энергия, то такое рассеяние называется упругим, а любое другое – неупругим. При неупругих столк-
новениях электронов с атомами возможно их возбуждение или ионизация. Следует различать неупругое взаимодействие электронов с атомными ядрами и с атомными электронами, хотя эти два вида
взаимодействия происходят одновременно. Упругое рассеяние электронов, проходящих вещество, можно грубо разделить на три класса: однократное; многократное; диффузия. В случае малой толщины вещества t