Методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений и частиц реферат

Обновлено: 05.07.2024

Выражения атомное ядро и элементарные частицы уже неоднократно упоминались.
Атом состоит из ядра и электронов.
Само атомное ядро состоит из элементарных частиц, нейтронов и протонов.
Раздел физики, в котором исследуется строение и превращение атомных ядер, называется ядерной физикой.

Первоначально разделения на ядерную физику и физику элементарных частиц не было.
С многообразием мира элементарных частиц физики столкнулись при изучении ядерных процессов.
Выделение физики элементарных частиц в самостоятельную область исследования произошло около 1950 г.
Сегодня существуют два самостоятельных раздела физики: содержание одного из них составляет изучение атомных ядер, а содержание другого — изучение природы, свойств и взаимных превращений элементарных частиц.

Благодаря устройствам для регистрации и изучения столкновений и взаимных превращений ядер и элементарных частиц возникла и начала развиваться физика атомного ядра и элементарных частиц.

Принцип действия приборов для регистрации элементарных частиц

Регистрирующий прибор — это более или менее сложная макроскопическая система, которая может находиться в неустойчивом состоянии.
При небольшом возмущении, вызванном пролетевшей частицей, начинается процесс перехода системы в новое, более устойчивое состояние.
Этот процесс и позволяет регистрировать частицу.
В настоящее время используется множество различных методов регистрации частиц.

В зависимости от целей эксперимента и условий, в которых он проводится, применяются те или иные регистрирующие устройства, отличающиеся друг от друга по основным характеристикам.

Газоразрядный счетчик Гейгера

Счетчик Гейгера — один из важнейших приборов для автоматического подсчета частиц.

Счетчик состоит из стеклянной трубки, покрытой изнутри металлическим слоем (катод), и тонкой металлической нити, идущей вдоль оси трубки (анод).
Трубка заполняется газом, обычно аргоном.

Действие счетчика основано на ударной ионизации.
Заряженная частица (электрон, α-частица и т. д.), пролетая в газе, отрывает от атомов электроны и создает положительные ионы и свободные электроны.
Электрическое поле между анодом и катодом (к ним подводится высокое напряжение) ускоряет электроны до энергий, при которых начинается ударная ионизация.
Возникает лавина ионов, и ток через счетчик резко возрастает.
При этом на нагрузочном резисторе R образуется импульс напряжения, который подается в регистрирующее устройство.

Для того чтобы счетчик мог регистрировать следующую попавшую в него частицу, лавинный разряд необходимо погасить.
Это происходит автоматически.
Так как в момент появления импульса тока падение напряжения на нагрузочном резисторе R велико, то напряжение между анодом и катодом резко уменьшается — настолько, что разряд прекращается.

Счетчик Гейгера применяется в основном для регистрации электронов и γ-квантов (фотонов большой энергии).

В настоящее время созданы счетчики, работающие на иных принципах.

Камера Вильсона

Счетчики позволяют лишь регистрировать факт прохождения через них частицы и фиксировать некоторые ее характеристики.
В камере же Вильсона, созданной в 1912 г., быстрая заряженная частица оставляет след, который можно наблюдать непосредственно или сфотографировать.

Принцип действия камеры Вильсона основан на конденсации перенасыщенного пара на ионах с образованием капелек воды.
Эти ионы создает вдоль своей траектории движущаяся заряженная частица.

Камера Вильсона представляет собой герметически закрытый сосуд, заполненный парами воды или спирта, близкими к насыщению.
При резком опускании поршня, вызванном уменьшением давления под ним, пар в камере адиабатно расширяется.
Вследствие этого происходит охлаждение, и пар становится перенасыщенным.
Это — неустойчивое состояние пара: он легко конденсируется, если в сосуде появляются центры конденсации.
Центрами конденсации становятся ионы, которые образует в рабочем пространстве камеры пролетевшая частица.
Если частица проникает в камеру сразу после расширения пара, то на ее пути появляются капельки воды.
Эти капельки образуют видимый след пролетевшей частицы — трек.

Затем камера возвращается в исходное состояние, и ионы удаляются электрическим полем.
В зависимости от размеров камеры время восстановления рабочего режима варьируется от нескольких секунд до десятков минут.

Информация, которую дают треки в камере Вильсона, значительно богаче той, которую могут дать счетчики.
По длине трека можно определить энергию частицы, а по числу капелек на единицу длины трека — ее скорость.
Чем длиннее трек частицы, тем больше ее энергия.
А чем больше капелек воды образуется на единицу длины трека, тем меньше ее скорость.
Частицы с большим зарядом оставляют трек большей толщины.

Советские физики П. Л. Капица и Д. В. Скобельцын предложили помещать камеру Вильсона в однородное магнитное поле.
Магнитное поле действует на движущуюся заряженную частицу с определенной силой (силой Лоренца).
Эта сила искривляет траекторию частицы, не изменяя модуля ее скорости.
Трек имеет тем большую кривизну, чем больше заряд частицы и чем меньше ее масса.
По кривизне трека можно определить отношение заряда частицы к ее массе.
Если известна одна из этих величин, то можно вычислить другую.
Например, по заряду частицы и кривизне ее трека можно найти массу частицы.

Пузырьковая камера

В 1952 г. американским ученым Д. Глейзером было предложено использовать для обнаружения треков частиц перегретую жидкость.
В такой жидкости на ионах (центрах парообразования), образующихся при движении быстрой заряженной частицы, появляются пузырьки пара, дающие видимый трек.
Камеры данного типа были названы пузырьковыми.

В исходном состоянии жидкость в камере находится под высоким давлением, предохраняющим ее от закипания, несмотря на то, что температура жидкости несколько выше температуры кипения при атмосферном давлении.
При резком понижении давления жидкость оказывается перегретой, и в течение небольшого времени она будет находиться в неустойчивом состоянии.
Заряженные частицы, пролетающие именно в это время, вызывают появление треков, состоящих из пузырьков пара.
В качестве жидкости используются главным образом жидкий водород и пропан.
Длительность рабочего цикла пузырьковой камеры невелика — около 0,1 с.

Преимущество пузырьковой камеры перед камерой Вильсона обусловлено большей плотностью рабочего вещества.
Пробеги частиц вследствие этого оказываются достаточно короткими, и частицы даже больших энергий застревают в камере.
Это позволяет наблюдать серию последовательных превращений частицы и вызываемые ею реакции.

Треки в камере Вильсона и пузырьковой камере — один из главных источников информации о поведении и свойствах частиц.

Метод толстослойных фотоэмульсий

Для регистрации частиц наряду с камерами Вильсона и пузырьковыми камерами применяются толстослойные фотоэмульсии.
Ионизирующее действие быстрых заряженных частиц на эмульсию фотопластинки позволило французскому физику А. Беккерелю открыть в 1896 г. радиоактивность.
Метод фотоэмульсии был развит советскими физиками Л. В. Мысовским, Г. Б. Ждановым и др.

Фотоэмульсия содержит большое количество микроскопических кристалликов бромида серебра.
Быстрая заряженная частица, пронизывая кристаллик, отрывает электроны от отдельных атомов брома.
Цепочка таких кристалликов образует скрытое изображение.

При проявлении в этих кристалликах восстанавливается металлическое серебро и цепочка зерен серебра образует трек частицы.
По длине и толщине трека можно оценить энергию и массу частицы.

Из-за большой плотности фотоэмульсии треки получаются очень короткими (порядка 10 -3 см для α-частиц, испускаемых радиоактивными элементами), но при фотографировании их можно увеличить.

Преимущество фотоэмульсий в том, что время экспозиции может быть сколь угодно большим.
Это позволяет регистрировать редкие явления.
Важно и то, что благодаря большой тормозящей способности фотоэмульсий увеличивается число наблюдаемых интересных реакций между частицами и ядрами.

Физика атомного ядра. Физика, учебник для 11 класса - Класс!ная физика

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3
1.МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ 4
2.ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ 6
3.КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИБОРОВ, СИСТЕМ И СРЕДСТВ РАДИАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ 9
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 18
Литература: 19

Прикрепленные файлы: 1 файл

Защита населения (реферат).docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

На тему: Методы обнаружения и измерения радиоактивных излучений

Выполнила студентка 1 курса группы РФФ-1

1.МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ 4

2.ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ 6

3.КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИБОРОВ, СИСТЕМ И СРЕДСТВ РАДИАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ 9

ВВЕДЕНИЕ

Ионизирующее излучение – это любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков.

При ядерном взрыве, авариях на АЭС и других ядерных превращениях появляются и действуют невидимые и не ощущаемые человеком излучения. По своей природе ядерное излучение может быть электромагнитным, как, например, гамма-излучение, или представлять поток быстро движущихся элементарных частиц – нейтронов, протонов, бета и альфа-частиц. Любые ядерные излучения, взаимодействуя с различными материалами, ионизируют их атомы и молекулы. Ионизация среды тем сильнее, чем больше мощность дозы проникающей радиации или радиоактивного излучения и длительнее их воздействие.

Действие ионизирующих излучений на людей и животных заключается в разрушении живых клеток организма, которое может привести к различной степени заболеваниям, а в некоторых случаях и к смерти. Чтобы оценить влияние ионизирующих излучений на человека (животного), надо учитывать две основных характеристики: ионизирующую и проникающую способности.

Давайте рассмотрим эти две способности для альфа-, бета-, гамма- и нейтронного излучений.

Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия с двумя положительными зарядами. Ионизирующая способность альфа-излучения в воздухе характеризуется образованием в среднем 30 тыс. пар ионов на 1 см пробега. Это очень много. В этом главная опасность данного излучения. Проникающая способность, наоборот, очень невелика. В воздухе альфа- частицы пробегают всего 10 см. Их задерживает обычный лист бумаги.

Бета-излучение представляет собой поток электронов или позитронов со скоростью, близкой к скорости света. Ионизирующая способность невелика и составляет в воздухе 40 – 150 пар ионов на 1 см пробега. Проникающая способность намного выше, чем у альфа-излучения, и достигает в воздухе 20 м.

Гамма-излучение представляет собой электромагнитное излучение, которое распространяется со скоростью света. Ионизирующая способность в воздухе – всего несколько пар ионов на 1 см пути, А вот проникающая способность очень велика – в 50 – 100 раз больше, чем у бета-излучения и составляет в воздухе сотни метров.

Нейтронное излучение – это поток нейтральных частиц, летящих со скоростью 20 – 40 тыс. км/с. Ионизирующая способность составляет несколько тысяч пар ионов на 1 см пути. Проникающая способность чрезвычайно велика и достигает в воздухе несколько километров.

Рассматривая ионизирующую и проникающую способность, можно сделать вывод. Альфа-излучение обладает высокой ионизирующей и слабой проникающей способностью. Обыкновенная одежда полностью защищает человека. Самым опасным является попадание альфа-частиц внутрь организма с воздухом, водой и пищей. Бета-излучение имеет меньшую ионизирующую способность, чем альфа-излучение, но большую проникающую способность. Одежда уже не может полностью защитить, нужно использовать любое укрытие. Это будет много надежнее. Гамма- и нейтронное излучения обладают очень высокой проникающей способностью, защиту от них могут обеспечить только убежища, противорадиационные укрытия, надежные подвалы и погреба.

1.МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ

В результате взаимодействия радиоактивного излучения со внешней средой происходит ионизация и возбуждение ее нейтральных атомов и молекул. Эти процессы изменяют физико-химические свойства облучаемой среды. Взяв за основу эти явления, для регистрации и измерения ионизирующих излучений используют ионизационный, химический и сцинтилляционный методы.

Ионизационный метод. Сущность его заключается в том, что под воздействием ионизирующих излучений в среде (газовом объеме) происходит ионизация молекул, в результате чего электропроводность этой среды увеличивается. Если в нее поместить два электрода, к которым приложено постоянное напряжение, то между электродами возникает направленное движение ионов, т.е. проходит так называемый ионизационный ток, который легко может быть измерен. Такие устройства называются детекторами излучений. В качестве детекторов в дозиметрических приборах используются ионизационные камеры и газоразрядные счетчики различных типов.

Химический метод. Его сущность состоит в том, что молекулы некоторых веществ в результате воздействия ионизирующих излучений распадаются, образуя новые химические соединения. Количество вновь образованных химических веществ можно определить различными способами. Наиболее удобным для этого является способ, основанный на изменении плотности окраски реактива, с которым вновь образованное химическое соединение вступает в реакцию.

Сцинтилляционный метод. Этот метод основывается на том, что некоторые вещества (сернистый цинк, йодистый натрий, вольфрамат кальция и др.) светятся при воздействии на них ионизирующих излучений. Возникновение свечения является следствием возбуждения атомов под действием излучений; при возвращении в основное состояние атомы испускают фотоны видимого света различной яркости (сцинтилляции). Фотоны видимого света улавливаются специальным прибором – так называемым фотоэлектронным умножителем, способным регистрировать каждую вспышку.

2.ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ

По мере открытий учеными радиоактивности и ионизирующих излучений стали появляться и единицы их измерения. Например, рентген, кюри. Но они не были связаны какой-либо системой, а потому и называются внесистемными единицами. Во всем мире сейчас действует единая система измерений – СИ (система интернациональная). У нас она подлежит обязательному применению с 1 января 1982 г. К 1 января 1990 г. этот переход надо было завершить. Но в связи с экономическими и другими трудностями процесс затягивается. Однако вся новая аппаратура, в том числе и дозиметрическая, как правило, градуируются в новых единицах.

В качестве единицы активности принято одно ядерное превращение в секунду. В целях сокращения используется более простой термин один распад в секунду (распр./с). В системе СИ эта единица получила название беккерель (Бк). В практике радиационного контроля, в том числе и в Чернобыле до последнего времени широко использовалась внесистемная единица активности – кюри (Ки). Один кюри – это 3,7х10~" ядерных превращений в секунду.

Концентрация радиоактивного вещества обычно характеризуется концентрацией его активности. Она выражается в единицах активности на единицу массы: Ки/т, мКи/г, кБк/кг и т.п. (удельная активность). На единицу объема: Ки/м 3 , мКи/л, Бк/см 3 и т.п. (объемная концентрация) или на единицу площади: Ки/км 2 , мКи/см 2 , ПБк/м 2 и т.п.

Единицы ионизирующих излучений

Доза излучения (поглощенная доза) – энергия радиоактивного излучения, поглощенная в единице массы облучаемого вещества или человеком. С увеличением времени облучения доза всегда растет. При одинаковых условиях облучения она зависит от состава вещества. Поглощенная доза нарушает физиологические процессы в организме и приводит в ряде случаев к лучевой болезни различной степени тяжести. В качестве единицы поглощенной дозы излучения в системе СИ предусмотрена специальная единица – грей (Гр). 1 грей – это такая единица поглощенной дозы, при которой 1 кг облучаемого вещества поглощает энергию в 1 джоуль (Дж). Следовательно 1 Гр = 1 Дж/кг.

Поглощенная доза излучения является основной физической величиной, определяющей степень радиационного воздействия.

Мощность дозы (мощность поглощенной дозы) – приращение дозы в единицу времени. Она характеризуется скоростью накопления дозы и может увеличиваться или уменьшаться во времени. Ее единица в системе СИ – грей в секунду. Это такая мощность поглощенной дозы излучения, при которой за 1 с в веществе создается доза излучения в 1 Гр.

На практике для оценки поглощенной дозы излучения до сих пор широко используют внесистемную единицу мощности поглощенной дозы – рад в час (рад/ч) или рад в секунду (рад/с).

Эквивалентная доза. Это понятие введено для количественного учета неблагоприятного биологического воздействия различных видов излучений. Определяется она по формуле Дэкв=QxД. Где Д – поглощенная доза данного вида излучения, Q – коэффициент качества излучения, который для различных видов ионизирующих излучений с неизвестным спектральным составом принят для рентгеновского и гамма-излучения-1, для бета- излучения-1, для нейтронов с энергией от 0,1 до 10 МэВ-10, для альфа- излучения с энергией менее 10 МэВ-20. Из приведенных цифр видно, что при одной и той же поглощенной дозе нейтронное и альфа-излучение вызывают, соответственно, в 10 и 20 раз больший поражающий эффект.

В системе СИ эквивалентная доза измеряется в зивертах (Зв).

Зиверт равен одному грею, деленному на коэффициент качества. При Q=1 получаем

Бэр (биологический эквивалент рентгена) – это внесистемная единица эквивалентной дозы, такая поглощенная доза любого излучения, которая вызывает тот же биологический эффект, что и 1 рентген гамма-излучения. Поскольку коэффициент качества бета и гамма-излучений равен 1, то на местности, загрязненной радиоактивными веществами при внешнем облучении,

Из этого можно сделать вывод, что эквивалентная, поглощенная и экспозиционная дозы для людей, находящихся в средствах защиты на зараженной местности, практически равны.

Мощность эквивалентной дозы – отношение приращения эквивалентной дозы за какой-то интервал времени. Выражается в зивертах в секунду. Поскольку время пребывания человека в поле излучения при допустимых уровнях измеряется, как правило, часами, предпочтительно выражать мощность эквивалентной дозы в микрозивертах в час.

Согласно заключению Международной комиссии по радиационной защите вредные эффекты у человека могут наступать при эквивалентных дозах не менее 1,5 Зв/год (150 бэр/год), а случаях кратковременного облучения – при дозах выше 0,5 Зв (50 бэр). Когда облучение превышает некоторый порог, возникает лучевая болезнь.

Мощность эквивалентной дозы, создаваемая естественным излучением (земного и космического происхождения), колеблется в пределах 1,5 – 2 мЗв/год, плюс искусственные источники (медицина, радиоактивные осадки) от 0,3 до 0,5 мЗв/год. Вот и выходит, что человек в год получает от 2 до 3 мЗв. Эти цифры примерные и зависят от конкретных условий. По другим источникам они выше и доходят до 5 мЗв/год.

Экспозиционная доза – мера ионизационного действия фотонного излучения, определяемая по ионизации воздуха в условиях электронного равновесия.

В СИ единицей экспозиционной дозы является один кулон на килограмм (Кл/кг). Внесистемной единицей является рентген (Р), 1Р=2,58х10 -4 Кл/кг. В свою очередь 1Кл/кг 3,876х10 3 Р. Для удобства в работе при пересчете числовых значений экспозиционной дозы из одной системы единиц в другую обычно пользуются таблицами, имеющимися в справочной литературе.

Мощность экспозиционной дозы – приращение экспозиционной дозы в единицу времени. Ее единица в системе СИ – ампер на килограмм (А/кг). Однако в переходный период можно пользоваться внесистемной единицей – рентген в секунду (Р/с).

1Р/с = 2,58х10 -4 А/кг.

Надо помнить, что после 1 января 1990 г. не рекомендуется вообще пользоваться понятием экспозиционной дозы и ее мощности, Поэтому во время переходного периода эти величины следует указывать не в единицах СИ (Кл/ кг, А/кг), а во в несистемных единицах – рентгенах и рентгенах в секунду.

3.КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИБОРОВ, СИСТЕМ И СРЕДСТВ РАДИАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ

В настоящее время для коллективной и личной безопасности при служебно-бытовом применении юридическими и физическими лицами используются переносные приборы для измерения радиации. Их существует великое множество. Переносные приборы радиационного контроля делятся на профессиональные (рабочие) средства измерения и бытовые приборы. Приборы, системы и средства радиационного контроля предназначены для измерения степени ионизации окружающей среды и дозиметрического контроля населения в различных условиях обстановки. В основе работы приборов и систем радиационного контроля используются различные методы обнаружения ионизирующего излучения: ионизационный, фотографический, химический, сцинтилляционный, люминесцентный, термолюминесцентный и т.д. Принципиальная схема любого прибора радиационного контроля включает, как правило, воспринимающее и преобразующее устройство (детектор, измерительной устройство, индикатор, источник питания и различные вспомогательные устройства).

Приборы, системы и средства контроля радиационной обстановки подразделяются на

ИЗМЕРЕНИЕ РАДИАЦИИ

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Явление радиоактивности. Методы регистрации радиоактивных излучений и частиц. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

3.1.Сборка дозиметра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3.2.Исследование естественных и искусственных источников

Список использованных источников и литературы. . . . . . . . . . . . . . 13

Введение

С тех пор, как было открыто явление радиоактивности, прошло уже более века. Еще несколько десятилетий понадобилось ученым, чтобы во всех тонкостях постичь суть этого явления и научиться использовать его в практических целях. Наше существование кажется уже немыслимым без использования знаний об энергии атома: почти все передовые страны мира интенсивно развивают ядерную энергетику, совместными усилиями строят первый термоядерный энергетический реактор; а масштабы применения радиации и радиоактивных изотопов в космической технике, медицине, биологии, сельском хозяйстве, геологии увеличиваются с каждым годом.

Все живые организмы постоянно испытывают на себе действие природного ионизирующего излучения. Радиоактивные материалы входят в состав Земли и даже человек слегка радиоактивен, т.к. в любой живой ткани присутствуют в малейших количествах радиоактивные вещества.

Радиоактивность – это явление, на которое человек из-за отсутствия необходимых органов чувств не может мгновенно реагировать. Поэтому необходимы соответствующие измерительные приборы, которые предоставляли бы информацию о наличии излучения и его мощности.

Как измеряют уровень радиации? Каков принцип действия измерительных приборов?

Исходя из этого, объектом исследования является прибор для измерения интенсивности радиации, а предметом – ионизирующее излучение.

Цель исследования – измерить интенсивность радиации в том месте, где находится человек, и обследовать определенные предметы.

Поставленная цель определила задачи:

Проанализировать научную литературу о явлении радиоактивности, методах регистрации радиоактивных излучений.

Разработать схему прибора для измерения уровня радиации.

В работе использовались следующие методы исследования: эксперимент, наблюдение, анализ.

Оборудование: трубки Гейгера типа СИ-39Г и LND-712, источник питания 5В, табло, микроконтроллер, конденсаторы, резисторы, транзисторы, динамик, преобразователь напряжения, компьютер.

Явление радиоактивности

В 1896 году французский ученый Антуан Анри Беккерель положил несколько фотографических пластинок в ящик стола, придавив их кусками какого-то минерала, содержащего уран. Когда он проявил пластинки, то, к своему удивлению, обнаружил на них следы каких-то излучений, которые он приписал урану.

Изучая ионизирующую способность радиоактивного излучения, Эрнест Резерфорд в 1899 году обнаружил, что оно неоднородно и состоит из двух частей, которые он назвал α- и β – лучами. Ему удалось доказать, что α- лучи являются потоком ядер атомов гелия. В том же году А. Беккерель доказал, что β – лучи являются потоком электронов. В 1900 году французский физик П. Виллард установил, что в состав радиоактивного излучения входит ещё и третья составляющая, которую он назвал γ – лучами. Изучение γ – лучей показало, что они представляют собой электромагнитные волны, длина волны которых меньше, чем у рентгеновских лучей. Таким образом, было установлено, что радиоактивное излучение состоит из α-, β–и γ – лучей.

В 1903 году Э. Резерфорд и его сотрудник Ф. Содди указали на то, что явление радиоактивности сопровождается превращением одного химического элемента в другой, например радия в радон. Явление радиоактивности всегда сопровождается выделением энергии. Радиоактивность – свойство некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием частиц.

В 1932 году Фредерик и Ирен Жолио-Кюри, облучая нерадиоактивные вещества α-частицами, обнаружили, что некоторые из них после облучения становятся радиоактивными. Таким образом, оказалось возможным получать радиоактивные изотопы веществ, которые обычно не радиоактивны. Радиоактивные изотопы находят широкое применение в производстве и различных областях науки.

Разные виды излучений сопровождаются высвобождением разного количества энергии и обладают разной проникающей способностью, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма. Альфа-излучение, задерживается например, листом бумаги и практически не способно проникнуть через наружный слой кожи, образованный отмершими клетками. Проникающая способность гамма-излучения, которое распространяется со скоростью света, очень велика: его может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита.

Методы регистрации радиоактивных излучений и частиц

Все методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений и частиц основаны на их свойстве производить ионизацию и возбуждение атомов.

Сцинтилляционный счетчик – один из первых приборов для наблюдения места встречи частицы с экраном покрытым люминофором. Заряженная частица, проходя через экран, вызывает его свечение. Сцинтилляционные счетчики регистрируют почти 100% попавших в них заряженных частиц и до 30% γ- квантов.

Полупроводниковый счетчик – это по существу плоский полупроводниковый диод, включенный в цепь в непропускном направлении. Если через р-п переход проходит быстрая заряженная частица, то образованные ею электроны и дырки создадут в цепи кратковременный импульс тока, который (после усиления) зарегистрируется соответствующим прибором.

Практическая часть

Сборка дозиметра

Во всех бытовых и во многих профессиональных приборах дозиметрического контроля в качестве датчика радиоактивного излучения используется счетчик Гейгера. Этот компонент стал важной частью дозиметра по причине простоты, надежности и эффективности применения.

Работа счётчика основана на ударной ионизации. Частицы, испускаемые радиоактивным изотопом, попадая на стенки счётчика, выбивают из него электроны. Электроны, двигаясь в газе и сталкиваясь с атомами газа, выбивают из атомов электроны и создают положительные ионы и свободные электроны. Электрическое поле между катодом и анодом ускоряет электроны до энергий, при которых начинается ударная ионизация. При достаточно большой напряженности поля энергии этих ионов становится достаточной, чтобы порождать вторичные лавины, способные поддерживать самостоятельный разряд, в результате чего ток через счетчик резко возрастает.

При этом на сопротивлении R образуется импульс напряжения, который подается в регистрирующее устройство. Чтобы счётчик смог регистрировать следующую попавшую в него частицу, лавинный разряд нужно погасить. Это происходит автоматически. В момент появления импульса тока на сопротивлении R возникает большое падение напряжения, поэтому напряжение между анодом и катодом резко уменьшается — настолько, что разряд прекращается, и счетчик снова готов к работе.

Изучив принцип работы счетчика Гейгера-Мюллера и технику безопасности при работе с радиоактивными препаратами и высоким напряжением, приступаю к сборке прибора.

Основной деталью моего прибора являются трубки Гейгера типа СИ-39Г и LND-712. Трубка СИ-39Г предназначена для измерения жесткого β- излучения и γ- излучения, а трубка LND-712 для всех видов излучения.

Для работы прибора необходимо иметь источник постоянного тока напряжением 400В. В качестве источника постоянного тока я использую преобразователь (5В - 400В).

Разработанная мною схема прибора:

Для подключения дисплея прибора я использую следующую схему:

При прохождении частицы через одну из трубок в ней возникает импульс тока, который усиливается транзистором VT1, идет на динамик и микроконтроллер. Запрограммированный мною контроллер, выполняет подсчет пришедших импульсов и выводит результат на табло.

Результат измерения я могу вывести на компьютер или встроенное в прибор табло.

Исследование естественных и искусственных источников радиации

Человек непрерывно подвергается действию радиоактивного излучения. Источником этого излучения являются: космические тела, недра Земли, здания (в кирпичах и железобетоне имеются радиоактивные вещества), даже в нашем теле содержится радиоактивный калий . В организме взрослого человека содержится 20 мг радиоактивного калия.

При измерении естественного фона в комнате мною получен результат - 15 мкР в час. Таким образом я получаю в среднем 131мР( 1,31 мЗв) в год. (1 Зв ≈ 100бэр ≈ 100Р).

Для проведения следующего исследования, я перепрограммировал свой прибор, с целью получения результата измерения в импульсах. В комнате прибор зафиксировал 105 импульсов за 10 минут. Опускаю зонд в какао - порошок на тоже время. Прибор зафиксировал 127 импульсов. Значит, в какао содержится естественный радиоактивный изотоп.

Вблизи вольфрам – ториевого электрода от лампы ДКСШ – 3000, мой прибор зафиксировал 350 мкР/ч. Если разместить между электродом и зондом лист бумаги, показания прибора не изменяются. Следовательно, электрод излучает β и γ- лучи.

Поднесем к зонду пластину из ионизационной камеры датчика дыма, содержащий активностью 30 кБк. (1 Бк = 1 расп/с). Результат измерения – 1,7мР/ч. Преграда из бумаги снизила показания до 0,4 мР/ч, т.е. препятствует прохождению альфа частиц.

Анализ полученных результатов позволил сделать вывод о том, что исследуемые предметы содержат радиоактивные изотопы.

Заключение

В ходе исследования было выявлено:

- Собранный мною дозиметр, позволил добиться поставленной цели, и измерить интенсивность радиации.

- Мы непрерывно подвергаемся действию радиоактивного излучения;

- Радиация бывает нескольких видов;

- Проникающая способность излучений различается.

Интенсивность радиации надо учитывать, определяя опасность того или иного источника радиации и оценивая время, которое можно безопасно пребывать возле него.

Радионуклиды рассеяны в природе и содержатся в любом окружающем нас объекте, неважно живой он или неживой. Излучение этих радионуклидов, наряду с космическим излучением, создает естественный радиационный фон.

Очистить продукты, землю или предметы от радиации практически невозможно. А бытовой дозиметр поможет определить уровень радиации в любом месте и выявить потенциально опасные источники.

Радиация. Дозы, эффекты, риск. Пер. с англ. – М.:Мир, 1988.-79с

Энциклопедический словарь юного физика. М.:Педагогика, 1991.-336с

А.В. Перышкин. Курс физики. Часть третья. Гос.учебно-педагогическое издательство министерства просвещения РСФСР М. 1958

Практически все методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений (a, b, g) и частиц основаны на их способности производить ионизацию и возбуждение атомов среды. Заряженные частицы вызывают эти процессы непосредственно, а g-кванты и нейтроны обнаруживаются по ионизации, вызываемой возникающими в результате их взаимодействия с электронами и ядрами атомов среды быстрыми заряженными частицами. Вторичные эффекты, сопровождающие рассмотренные процессы, такие, как вспышка света, электрический ток, потемнение фотопластинки, позволяют регистрировать пролетающие частицы, считать их, отличать друг от друга и измерять их энергию.

Приборы, применяемые для регистрации радиоактивных излучений и частиц, делятся на две группы:

1) приборы, позволяющие регистрировать прохождение частицы через определенный участок пространства и в некоторых случаях определять ее характеристики, например энергию (сцинтилляционный счетчик, черенковский счетчик, импульсная ионизационная камера, газоразрядный счетчик, полупроводниковый счетчик);

2) приборы, позволяющие наблюдать, например фотографировать, следы (треки) частиц в веществе (камера Вильсона, диффузионная камера, пузырьковая камера, ядерные фотоэмульсии).

Вопрос 16 Понятие об элементарных частицах.

Элементарной называется частица, которая на современном уровне развития науки не обнаруживает внутреннего строения, а ее размеры недоступны измерению. Фундаментальным свойством всех элементарных частиц является их способность к взаимному превращению. Элементарные частицы принято классифицировать по тому типу взаимодействия, в которое они вступают и по значению их собственного момента импульса.

По типу характерных для частиц взаимодействий они делятся на четыре класса.

1 Фотоны – кванты электромагнитного поля, участвуют в электромагнитном взаимодействии, но не обладают сильным и слабым.

2 Лептоны – частицы, не обладающие сильным взаимодействием (электрон, позитрон, мюон, нейтрино, антинейтрино и др.). Все лептоны участвуют в слабом взаимодействии, заряженные лептоны участвуют также в электромагнитном взаимодействии.

3Мезоны – сильно взаимодействующие нестабильные частицы, участвуют также в слабом и электромагнитном взаимодействии (p-мезон, К-мезон и др.)

4 Барионы – частицы, обладающие сильным взаимодействием (протон, нейтрон, все гипероны). Заряженные барионы участвуют также в электромагнитном взаимодействии.

Мезоны и барионы часто объединяют в один класс сильно взаимодействующих частиц, называемых адронами.

По значению собственного момента импульса (спина) элементарные частицы делятся на два класса:

1 Фермионы – частицы с полуцелым спином, описывающиеся антисимметричными волновыми функциями и подчиняющиеся статистике Ферми–Дирака (электрон, протон, нейтрон и др.).

2 Бозоны – частицы с нулевым или целочисленным спином, описывающиеся симметричными волновыми функциями и подчиняющиеся статистике Бозе–Эйнштейна (p-мезон, фотон).

Все лептоны и барионы являются фермионами, а мезоны и фотон – бозонами. Для фермионов справедлив принцип Паули, согласно которому в системе тождественных фермионов не может быть двух частиц, обладающих одинаковым набором квантовых чисел. Ранее мы сформулировали этот принцип для электронов в атоме и объяснили с его помощью заполнение электронных оболочек атомов (Периодическая система элементов Д.И. Менделеева). Однако принцип Паули имеет более широкую область применения, ему подчиняется поведение любых коллективов тождественных фермионов (атомное ядро, электронный газ в металлах и т.д.). Для коллектива бозонов принципа запрета Паули нет.

Все переносчики взаимодействий являются бозонами, а кварки и лептоны – фермионами. В связи с этим бозоны принято ассоциировать с взаимодействием, а фермионы – с веществом. Суперсимметрия объединяет фермионы и бозоны в рамках одной теории и говорит о возможности превращения бозонов и фермионов друг в друга.

Использование термина “элементарные” становится неоправданным, когда мы говорим о почти 400 частицах и античастицах, открытых к настоящему времени. Развитие работ по классификации частиц все время сопровождалось поисками новых более фундаментальных частиц, из которых построены все адроны (барионы и мезоны). В 1964 г. независимо друг от друга Дж. Цвейг и Гелл-Манн высказали гипотезу о существовании т.н. кварков. Согласно теории Цвейга–Гелл-Манна все известные к тому времени адроны можно было построить, постулировав существование трех типов кварков: u (от англ. “up”, т.е. “вверх”), d (down – вниз) и s (strange – странный или sideways – боковой) и соответствующих им антикварков. Кварки обладают дробным электрическим зарядом, полуцелым спином (т.е. являются фермионами) и рядом других характеристик. Мезоны состоят из пары кварк–антикварк, барионы из трех кварков (например, протон имеет кварковую структуру uud). Кварки существуют только внутри адронов и не наблюдаются как изолированные объекты.

Увеличение числа элементарных частиц привело к необходимости расширения системы кварков. Пришлось постулировать существование еще трех кварков: с (charmed – очарованный), b (bottom – нижний или beauty – прелестный) и t (truth – истинный).

Реальное существование кварков подтверждается рядом экспериментальных фактов. Так, характер рассеяния быстрых электронов протонами свидетельствует о наличии внутри протона трех точечных рассеивающих центров с дробным электрическим зарядом, что полностью соответствует трехкварковой модели протона.

Читайте также: