Бойко В.В. (укл.) Фізика. Основні поняття та закони. Лабораторний практикум і збірник задач

Подождите немного. Документ загружается.

4. Віднімаючи “фон” від < D′ >, визначають потужність експо-

зиційної дози випромінювання радіонукліда для кожного r :

D = < D′ > - < D

Заносять дані до табл.2.

5. За експериментальними даними будують графік залежності D

від r

-2

, що характеризує закон (1) (відповідно осі: у = D, х = r

-2

З цього графіка за двома довільними точками, максимально віддале-

ними одна від одної, розраховують кутовий коефіцієнт

В:

В=у

-у

/х

-х

Середнє значення активності радіонукліда знаходимо за формулою:

< a > = В/К

6. Розраховують довірчі границі

∆

′

∆

за формулою:

100

гр

⋅

=∆

де γ – клас точності приладу; І

гр.

– граничне значення відповідної виб-

раної шкали мікроамперметра.

Таблиця 1

Результати прямих вимірювань

год

мкР

D′,

од

мкР

№

п/п

r= r

= r

…

<x>

161

Таблиця 2

Табличні величини

та результати

прямих вимірювань

Результати непрямих вимірювань

№

п/п

Кігод

cммкР

⋅

r, см

-2

, см

од

мкР

В,

смгод

мкР

⋅

а, мКі

- -

- - -

–

– –

<x> – –

–

∆,

7. Розраховують довірчі границі та відносні похибки одного із резуль-

татів вимірювань:

DDD

′

∆+∆=∆

;

∆

=ε

;

DKa

2++=

;

><⋅=∆ A

Примітка. Щоб зменшити похибку вимірювань, треба підібрати

оптимальний режим вимірювань так, щоб покази мікроамперметра

були не менше 1/3 усієї шкали.

Після закінчення вимірювань нижній перемикач ВП переводять

у положення “вимк.”, а верхній – в нейтральне положення. Відключа-

ють прилад СРП-68 від загального джерела живлення.

Запитання для самоконтролю

1. Опишіть будову атомного ядра. Що таке ізотопи, радіонукліди?

2. Що являє собою явище радіоактивності?

3. Назвіть і охарактеризуйте види радіоактивного випроміню-

вання.

4. Сформулюйте і запишіть закон радіоактивного розпаду, дайте

визначення сталої радіоактивного розпаду λ і періоду піврозпаду Т

1/2

162

5. Що таке активність радіонукліда? За яким законом змінюєть-

ся з часом активність? Назвіть одиниці вимірювання активності.

6. Дайте визначення поглинутої і біологічної доз іонізуючого

випромінювання. Визначіть їх одиниці вимірювання.

7. Що називається експозиційною дозою випромінювання, які її

одиниці вимірювання? Дайте визначення рентгена.

РОБОТА 7.2

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ПОГЛИНАННЯ

γ - ВИПРОМІНЮВАННЯ

Мета роботи: вивчити умови захисту від випромінювання, до-

слідити залежність потоку γ - випромінювання від товщини захисту,

визначити коефіцієнт поглинання µ і півпоглинаючу товщину d

речо-

вини.

Зменшення дози опромінення від радіоактивних речовин може

бути досягнуте: 1) зменшенням часу перебування в зоні дії випромі-

нювання; 2) збільшенням відстані від джерела випромінювання; 3) за-

стосуванням захисних екранів.

У даній роботі вивчаються умови захисту від γ - випромінюван-

ня. γ - випромінювання, будучи найбільш жорстким (короткохвильо-

вим) електромагнітним випромінюванням, є одним з найбільш прони-

каючих випромінювань. γ–кванти, маючи нульову масу спокою, не

можуть гальмуватися в середовищі. Тому при проходженні γ–

випромінювання крізь речовину вони або поглинаються, або розсію-

ються нею. γ–кванти не несуть електричного заряду і тому не зазна-

ють впливу кулонівських сил. Отже, вони викликають в основному

тільки іонізацію і збудження атомів речовини, а тому радіаційна дія на

біологічні об’єкти γ– випромінювання набагато менша, ніж корпуску-

лярного (α- , β –випромінювання, потоків протонів, нейтронів).

Одним із ефективних засобів захисту від γ - випромінювання є

захисні екрани із речовин з великим коефіцієнтом поглинання.

При проходженні пучка γ − квантів крізь речовину їх енергія не

змінюється, але в результаті зіткнень (поглинання і розсіювання γ -

квантів атомами речовини) послаблюється інтенствність пучка. Змен-

шення інтенсивності γ − випромінювання в речовині описується екс-

поненціальним законом:

eII

µ−

, (1)

163

де

і І – інтенсивність γ − випромінювання на вході і виході шару по-

глинаючої речовини товщиною d: µ – коефіцієнт поглинання, який за-

лежить від хімічної природи поглинаючої речовини і від енергії γ -

квантів. При d=1/µ інтенсивність випромінювання І порівняно з І

зменшується в е=2,7раз.

Логарифмуючи вираз (1) знаходять:

ln )(

. (2)

Шар

речовини, який зменшує інтенсивність випромінювання

в 2 рази, називається півпоглинаючою товщиною:

693,02

lп

. (3)

Оскільки швидкість підрахунку n імпульсів лічильником про-

порційна інтенсивності І γ−випромінювання, на практиці знімають за-

лежність числа імпульсів n, які реєструються лічильником за одиницю

часу, від товщини поглинача d. Тоді коефіцієнт поглинання µ визна-

чається за виразом

ln )(

. (4)

Теоретичне вивчення процесів поглинання γ− випромінювання

речовиною показує, що µ залежить від енергії γ−квантів і пропорцій-

ний атомному номеру Z поглинача.

Тому при радіаційному захисті використовують для захисних

екранів матеріали з достатньо великим коефіцієнтом поглинання µ

(свинець, залізобетон).

У даній роботі визначають коефіцієнт поглинання для алюмінію

і свинцю.

Порядок виконання роботи

1. Підключають радіометр СРП-68 до джерела живлення.

2. Мікроамперметр ВП переключають на вимірювання потоку

γ− випромінювання (шкала С

-1

3. Вимірюють природний радіаційний фон. Для цього установ-

люють блоки БД і ВП на максимальну відстань, перемикач діапазонів

ВП переводять на мінімальну границю потоку і через кожні 5 с запи-

сують 3−5 показів мікроамперметра. Дані заносять у табл.1. Розрахо-

вують середнє значення <n

164

4. Установлюють блоки БД і ВП на відстань, рівну товщині кю-

вети з поглинаючими пластинами.

Таблиця 1

Результати прямих вимірювань

n′, c

–1

№

п/п

, с

-1

= d

= … d

<x> <n

<n′

Таблиця 2

Прямі

виміри

Результати непрямих вимірювань

№

п/п

d, мм

<n>,

-1

µ , мм

-1

d, мм

- -

<x> - - -

5. Вимірюють потік γ−випромінювання n′

, без поглинача, запи-

суючи 3−5 показів мікроамперметра через 5 с. Дані записують у

табл.1 у колонку d

=0. Розраховують <n′

6. Розташовують між БД і ВП кювету з поглинаючими пласти-

нами і вимірюють потік γ- випромінювання n′, як і в п.5 для різник то-

вщин d (d

=2мм, d

=4мм,...). Результати заносять у табл.1. Розрахо-

вують <n′>.

7. Для різних товщин поглинача d визначають середнє значення

потоку:

<n> = < n′ > - n

ф.

8. Будують графік залежності

f(d)

ln =)(

. За кутовим ко-

ефіцієнтом В, знайденим із графіка за 2-ма довільними точками, мак-

симально віддаленими одна від одної, визначають середнє значення

<µ>:

165

−

=µ

де

dx,

lny == )(

9. Розраховують півпоглинаючу товщину d

речовини за форму-

лою (3) і вказують її на графіку.

Запитання для самоконтролю

1. Які існують види радіоактивного випромінювання, яка їх

природа?

2. Які причини великої проникаючої здатності γ- випроміню-

вання?

3. Опишіть закон поглинання радіоактивного випромінювання,

охарактеризуйте величини, що входять у закон.

4. Сформулюйте фізичний зміст коефіцієнта поглинання. Від чо-

го залежить µ, в яких одиницях вимірюється коефіцієнт поглинання?

166

ДОДАТКИ

1. Основні фізичні сталі (округлені значення)

Назва Символ Значення

Прискорення вільного падіння

9,81 м/с

Гравітаційна стала

6,67 ·10

-11

/(кг· с

)

Постійна Авогадро

6,025 ·10

моль

-1

Універсальна газова стала

8,31 Дж / (моль ·К)

Стандартний об’єм *

22,4 ·10

-3

/ моль

Стала Больцмана

1,38 ·10

-23

Дж / К

Елементарний заряд

1,60 ·10

-19

Кл

Атомна одиниця маси

а. о. м.

1,66 ·10

-27

кг

Маса електрона

9,11 ·10

-31

кг

Маса нейтрона

1,675 ·10

-27

кг

Маса протона

1,672 ·10

-27

кг

Електрична стала

8,85 ·10

-12

Ф/м

Магнітна стала

1,257 ·10

-6

Гн/м

Стала Планка

6,62 ·10

-34

Дж с

Стала Стефана-Больцмана

5,67·10

-8

Вт·м

-2

·К

-4

Стала Віна

2,9·10

-3

м·К

Стала Рідберга

1,1·10

-1

Швидкість світла у вакуумі

3·10

м·с

-1

*Молярний об’єм ідеального газу при нормальних умовах.

2. Множники і префікси для творення кратних і часткових величин

Множник Префікс Позначення Множник Префікс Позначення

екса Е 10

-1

деци д

пета П 10

-2

санти с

тера Т 10

-3

мілі м

гіга Г 10

-6

мікро мк

мега М 10

-9

нано н

кіло к 10

-12

піко п

гекто г 10

-15

фемто ф

дека да 10

-18

атто а

167

3. Грецький алфавіт

Α α альфа

Β β бета

Γ γ гама

∆ δ дельта

Ε ε епсілон

Ζ ς дзета

Η η ета

Θ θ,ϑ тета

Ι ι йота

Κ κ капа

Λ λ ламбда

Μ µ мю

Ν ν ню

Ξ ξ ксі

Ο ο омікрон

Π π пі

Ρ ρ ро

Σ σ сігма

Τ τ тау

Φ ϕ фі

Χ χ хі

Υ υ юпсілон, іпсілон

Ψ ψ псі

Ω ω омега

4. Латинський алфавіт

A a а

B b бе

C c се

D d де

E e е

F f еф

G g ге (же)

H h аш

I i і

J j йот

K k ка

L l ель

M m ем

N n ен

O o о

P p пе

Q q ку

R r ер

S s ес

T t те

U u у

V v ве

W w дубль-ве

X x ікс

Y y ігрек

Z z зет

5. Густина рідин 6 Густина газів

(при нормальних умовах)

Рідина

Густина, кг/м

Газ

Густина, кг/м

Азот рідкий (77К) 0,79 ·10

Водень 0,09

Бензин 0,70 ·10

Гелій 0,18

Вода (при 4

С) 1,00 ·10

Кисень 1,43

Вода морська 1,03 ·10

Повітря 1,29

Гліцерин 1,26 ·10

Озон 2,14

Ртуть 13,6· 10

Окис вуглецю 1,25

Спирт 0,80 ·10

Хлор 3,21

168

7. Густина твердих тіл

8.Молярна маса і відносна молекулярна маса газів

Газ Молярна маса, кг/моль Відносна молекулярна маса

Азот 28 ·10

-3

Водень 2 ·10

-3

Повітря 29 ·10

-3

Гелій 4 ·10

-3

Кисень 32 ·10

-3

Вуглекислий газ 44 ·10

-3

9. Коефіцієнт поверхневого натягу рідини

Рідина Коефіцієнт, мН/м

Вода 72

Гліцерин 64

Молоко 44

Мильний розчин 40

Ртуть 500

Спирт 22

10. Теплопровідність, Дж/(м·с·К)

Бетон 0,817 Цегла 0,71

Пісок 0,671 Грунт(суглинок) 1,01

Тверде тіло Густина, кг/м

Алюміній 2,70 ·10

Мармур 2,70 ·10

Алмаз 3,50 ·10

Мідь 8,93 ·10

Барій 3,50 ·10

Нікель 8,90 ·10

Ванадій 6,02 ·10

Свинець 11,30 ·10

Вісмут 9,80 ·10

Срібло 10,50 ·10

Залізо 7,88 ·10

Сталь 7,8 0 ·10

Золото 19,3 ·10

Скло 2,6 0 · 10

Літій 0,53 ·10

Цезій 1,90 ·10

Лід 0,90 ·10

Цинк 7,15 ·10

169

11. Відносна діелектрична проникність

Речовина Проникність Речовина Проникність

Вода 81,0 Слюда 7,0

Масло транс-

форматорне

2,2 Ебоніт 3,0

Парафін 2,0 Фарфор 5,0

Скло 6,0 Повітря 1,0006

12. Питомий опір деяких речовин і матеріалів

Речовина Питомий опір,

Ом·м

Речовина Питомий опір,

Ом·м

Срібло 1,6·10

-8

Вода 10

-10

Мідь 1,7·10

-8

М’язова тканина 2

Алюміній 2,8·10

-8

Нервова тканина 14,3

Залізо 9,8·10

-8

Шкіра суха 10

Нікелін 4,0·10

-7

Скло 2·10

Константан 5,0·10

-7

Ебоніт 2·10

Ніхром 1,0·10

-6

Слюда 2·10

Графіт 3,9·10

-6

Янтар 5·10

13. Відносні атомні маси (заокруглені значення) А

та порядкові номера Z деяких елементів

Елемент Символ

А Z

Елемент Символ

А Z

Азот N 14 7 Літій Li 7 3

Алюміній Al 27 13 Магній Mg 24 12

Аргон Ar 40 18 Марганець Mn 55 25

Барій Ba 137 56 Мідь Cu 64 29

Берилій Be 9 4 Молібден Mo 96 42

Ванадій V 51 23 Натрій Na 23 11

Водень H 1 1 Неон Ne 20 10

Вольфрам W 184 74 Нікель Ni 59 28

Вуглець C 12 6 Олово Sn 119 50

Гелій He 4 2 Платина Pt 195 78

Залізо Fe 56 26 Ртуть Hg 201 80

Золото Au 197 79 Сірка S 32 16

Калій K 39 19 Срібло Ag 108 47

Кальцій Ca 40 20 Уран U 238 92

Кисень O 16 8 Хлор Cl 35 17

170