Главная страница
qrcode

Руководство по выполнению лабораторной работы (№7). Лабораторная работа 7 Изучение законов поглощения веществом радиоактивного излучения


НазваниеЛабораторная работа 7 Изучение законов поглощения веществом радиоактивного излучения
Дата31.07.2020
Размер86 Kb.
Формат файлаdoc
Имя файлаРуководство по выполнению лабораторной работы (№7).doc
ТипЛабораторная работа
#89563
Каталог

Луценко, Е.В., Короткова, О.Л. Руководство к практическим занятиям по медицинской и биологической физике: учебно-методическое пособие / Е.В. Луценко, О.Л. Короткова. – Киров: ФГБОУ ВО Кировский ГМУ Минздрава России, 2018. 101 с.
Лабораторная работа №7

Изучение законов поглощения веществом радиоактивного излучения

Цель работы: экспериментально исследовать проникающую способность радиоактивного излучения и его ослабление различными материалами.


Краткая теория


Радиоактивное излучение, представляющее собой поток заряженных частиц, элементарных частиц, обладающих большой кинетической энергией, и γ -фотонов, распространяясь в веществе, взаимодействует с электронами и ядрами, в результате чего изменяется состояние как вещества, так и самих частиц. Основную роль в потере энергии заряженной частицей играет возбуждение и ионизация атомов вещества («выбивание» электронов из атомов вещества). Израсходовав энергию на ионизацию, частица останавливается. Путь, пройденный частицей в веществе, называется свободным пробегом или проникающей способностью, а число пар ионов - ионизирующей способностью. Данное явление называется ионизационным торможением. Ослабление потока заряженных радиоактивных частиц в веществе описывается экспоненциальным законом:

, (1)

где Ф0 – поток частиц, падающих на вещество;

ФL– поток частиц, прошедших через слой вещества толщиной L;

- линейный коэффициент поглощения.

Длина свободного пробега электронов в веществе и их поглощение зависит от плотности вещества. Для исключения влияния плотности на поглощение для характеристики поглощающих свойств вещества используется массовый коэффициент поглощения:

, [μ]=м2/кг , (2)

где ρ- плотность вещества.

В качестве еще одной из характеристик поглощения ионизирующего излучения веществом используют слой половинного поглощения, при прохождении через который интенсивность излучения уменьшается вдвое.

Регистрация ионизирующего излучения

Приборы, регистрирующие заряженные частицы, а также рентгеновское и гамма-излучение называют детекторами. Детекторы могут быть разделены на три группы по методам регистрации:

следовые детекторы позволяют наблюдать траекторию частицы;

счетчики регистрируют появление частицы в заданном объеме;

интегральные приборы дают информацию о потоке ионизирующего излучения.

В лабораторной работе используется газоразрядный счетчик Гейгера-Мюллера. Газоразрядный счетчик (рис. 1) представляет собой устройство, состоящее из двух электродов 1 и 4, имеющих положительный и отрицательный потенциалы соответственно. Одним электродом является металлический цилиндр 2, который соединяется с отрицательным полюсом 4, вторым электродом служит металлическая нить 3, натянутая вдоль оси цилиндра. Газоразрядные счетчики заполняются разряженной смесью инертных газов аргона и неона с добавками.

И
онизирующая частица, попадая в межэлектродное пространство, вызывает ионизацию молекул газа. Под действием электрического поля положительные ионы движутся к катоду, отрицательные – к аноду. Возникает газовый разряд, что приводит к замыканию электрической цепи и появлению в ней электрического тока.

Рис.1. Схематическое устройство газоразрядного счетчика

В схеме предусмотрен высокоомный резистор на котором возникший электрический ток быстро гасится. В результате чего счетчик снова готов «реагировать» на новую ионизирующую частицу. Электрические импульсы, возникающие на резисторе, усиливают и регистрируют специальными счётными устройствами или индикаторами.

2. Контрольные вопросы


Что называется радиоактивностью?

Дайте характеристику разным видам радиоактивного излучения.

Запишите основной закон радиоактивного распада.

Что называется активностью радиоактивного препарата? От чего она зависит?

Чем объясняется ослабление радиоактивного излучения при прохождении через вещество?

От чего зависят линейный и массовый коэффициенты поглощения?

Объясните принцип работы газоразрядного счетчика.

Каково назначение высокоомного резистора в цепи газоразрядного счетчика?

11. Какова причина существования радиоактивного фона?


3. Практическая часть

Описание лабораторной установки и метода измерения

На рис. 2 показана схема лабораторной установки. Основной частью являются индикатор ионизирующих частиц и счетчик импульсов. При подаче на индикатор напряжения 450В от источника постоянного тока (ВУП-2М) в репродукторе, подключенном к индикатору, чётко прослушиваются щелчки от разрядов, возникающих в газоразрядном счётчике от действия ионизирующих частиц. Одновременно счётчик импульсов (СИЛ-1) ведёт автоматический подсчет ионизирующих частиц.




Рис. 2 Схема лабораторной установки

Внимание: в течение всего эксперимента не меняйте положение контейнера относительно газоразрядного счётчика.

Задание 1. Определить линейные и массовые коэффициенты поглощения бета-излучения для различных материалов.

Приборы и принадлежности: газоразрядный счетчик СБМ-20, источник постоянного тока (ВУП-2М), репродуктор, счётчик импульсов (СИЛ-1), набор пластин из материалов разной плотности.

Порядок выполнения работы

Измерьте уровень космического излучения (фон) в течение 3 минут.

Установите контейнер с радиоактивным препаратом под газоразрядный счетчик и измерьте поток ионизирующих частиц от этого препарата.

Измерьте толщину исследуемой пластины микрометром.

Положите пластину из исследуемого материала на контейнер и измерьте поток ионизирующих частиц после прохождения через него.

Результаты измерений занесите в таблицу 1.

Пользуясь формулой (1), получаем выражение для вычисления линейного коэффициента поглощения:

(2)

Вычислите массовый коэффициент поглощения по формуле (2).

Результаты вычислений занесите в таблицу 1.

Повторите для материалов другой плотности.

Таблица 1

Измерение

интенсивности

Число импульсов

Толщина пластины

L, мм
10-3)

Плотность вещества

,

За 3 мин.

За 1 мин.

За 1 мин.

без фона

Фоновое излучение

-

-

-

-

-

От открытого источника бета-излучения


-

-

-

-

После прохождения через вещество

Алюминий


Дерево


Латунь





Постройте графическую зависимость линейного и массового коэффициента поглощения от плотности вещества.

Сделайте вывод о влиянии плотности на линейный и массовый коэффициенты поглощения.

Задание 2. Определить толщину слоя половинного поглощения бета-излучения веществом.

Приборы и принадлежности: газоразрядный счетчик СБМ-20, источник постоянного тока (ВУП-2М), репродуктор, счётчик импульсов (СИЛ-1), набор пластин одного материала.

Порядок выполнения работы

Измерьте уровень космического излучения (фон) в течение 3 минут.

Измерьте толщину пластины микрометром.

Положите на контейнер пластину и измерьте поток ионизирующих частиц, проходящих через неё.

Результаты измерений занесите в таблицу 2.

Повторяйте пункты 2-4, пока число пластин на контейнере не достигнет 6 (или величина проходящего потока ионизирующих частиц не станет сопоставима с фоном).

Постройте зависимость потока ионизирующего излучения от толщины слоя пластин.

По графику определите величину слоя половинного поглощения L1/2 бета-излучения для данного материала.

Выполните аналогичные измерения для другого материала.


Таблица 2.

Измерение
интенсивности

Число импульсов

Толщина пластины
L, мм
10-3)

За 3 мин.

За 1 мин.

За 1 мин.
без фона

Фоновое излучение

-

-

От открытого источника
бета-излучения


-

После прохождения через

1 пластину

2 пластины

3 пластины

4 пластины

5 пластин

6 пластин


Литература

1. Ремизов, А. Н. Медицинская и биологическая физика: учебник / А.Н. Ремизов - 4-е изд., испр. и перераб. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2016. - 656 с. Глава 32.

2. Антонов, В. Ф. Физика и биофизика: курс лекций для студентов мед.вузов / В.Ф. Антонов, А.В. Коржуев. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2007. - 240 с. Раздел IX.
перейти в каталог файлов


связь с админом