L7 Studiul Radiatiei Beta
3
Studiul radiaţiilor beta Scopul lucrării: studiul radiaţiilor beta provenind de la sursele radioactive 90 Sr şi 22 Na şi a mişcării acestora în câmpul magnetic produs de 2 bobine parcurse de curent electric. Se pune în evidenţă distribuţia după energie a numărului de radiaţii beta emise de un radionuclid. Se calculează energia maximă a radiaţiilor beta. Teoria lucrării. Sub numele de dezintegrare β se înţeleg trei tipuri de transformări nucleare care transformă un nucleu instabil în nucleul său izobar (cu aceelaşi numar de masă): dezintegrarea - β (Rutherford), dezintegrarea + β (Irene şi F. Joliot-Curie) şi captura electronică (descoperită de L.W. Alvarez). Schemele celor trei tipuri de transformări sunt: ν + β + → - - + ~ Y X A Z A Z 0 0 0 1 1 (1) ν + β + → + - 0 0 0 1 1 Y X A Z A Z (ex: ν + β + → + 0 0 0 1 22 10 22 11 Ne Na ) (2) ν + → β + - - - 0 0 1 0 1 Y X A Z A Z (3) În relaţiile de mai sus ν 0 0 şi ν ~ 0 0 reprezinta neutrino-ul electronic, respectiv antineutrino-ul. Neutrino a fost descoperit în întâi prin calcul (" în vârful peniţei") de către Pauli care a arătat că legile de conservare a impulsului şi a energiei totale relativiste nu sunt respectate simultan decât dacă se introduce o particulă, pe care a numit-o "hoţul de energie" şi care este răspunzătoare de spectrul energetic continuu al radiaţiilor beta ( v. cursul). În concluzie, radiaţia beta este de natură corpusculară, fiind reprezentată prin electroni (radiaţie - β ), respectiv pozitroni, în cazul radiaţiei + β . În laborator se utilizează o sursă - β ( 90 Sr) si una + β ( 22 Na), surse ale căror scheme de dezintegrare sunt arătate mai jos: Mişcarea particulelor beta ce intră transversal într-un câmp magnetic de inducţie B se face sub influenţa forţei Lorentz şi forţei centrifuge, astfel încât ele vor urma o traiectorie circulară (sensul forţei Lorentz depinde de polaritatea sarcinii electrice şi de direcţia vitezei şi a campului magnetic): r mv evB 2 = Impulsul corespunzător va fi: eBr mv p = = . Ţinând cont de mişcarea relativistă a particulelor beta, impulsul este legat de energia relativistă totală prin relaţia 2 2 0 2 2 2 c m c E p - = , iar energia relativistă totală este legată de energia cinetică şi de energia relativistă de repaos prin relaţia 2 0 c m E E c + = se obţine: ( ) 2 0 4 2 0 2 c m c m eBrc E c - + = Această relaţie ne permite o calibrare energetică a spectrometrului.
-
Upload
ionut-florian-popa -
Category
Documents
-
view
7 -
download
0
description
Studiul radiatiei beta
Transcript of L7 Studiul Radiatiei Beta
-
Studiul radiaiilor beta
Scopul lucrrii: studiul radiaiilor beta provenind de la sursele radioactive 90Sr i 22Na i a micrii acestora n cmpul magnetic produs de 2 bobine parcurse de curent electric. Se pune n eviden distribuia dup energie a numrului de radiaii beta emise de un radionuclid. Se calculeaz energia maxim a radiaiilor beta.
Teoria lucrrii. Sub numele de dezintegrare se neleg trei tipuri de transformri nucleare care transform un nucleu instabil n nucleul su izobar (cu aceelai numar de mas): dezintegrarea (Rutherford), dezintegrarea + (Irene i F. Joliot-Curie) i captura electronic (descoperit de L.W. Alvarez). Schemele celor trei tipuri de transformri sunt:
++ +
~YX AZAZ
00
011 (1)
++ +
00
011YX
AZ
AZ (ex: ++ + 000122102211 NeNa ) (2)
++
001
01 YX
AZ
AZ (3) n relaiile de mai sus 00 i ~
00 reprezinta neutrino-ul electronic, respectiv antineutrino-ul. Neutrino a
fost descoperit n nti prin calcul (" n vrful peniei") de ctre Pauli care a artat c legile de conservare a impulsului i a energiei totale relativiste nu sunt respectate simultan dect dac se introduce o particul, pe care a numit-o "houl de energie" i care este rspunztoare de spectrul energetic continuu al radiaiilor beta ( v. cursul).
n concluzie, radiaia beta este de natur corpuscular, fiind reprezentat prin electroni (radiaie ), respectiv pozitroni, n cazul radiaiei + . n laborator se utilizeaz o surs (90Sr) si una + (22Na), surse ale cror scheme de dezintegrare sunt artate mai jos:
Micarea particulelor beta ce intr transversal ntr-un cmp magnetic de inducie B se face sub influena forei Lorentz i forei centrifuge, astfel nct ele vor urma o traiectorie circular (sensul forei Lorentz depinde de polaritatea sarcinii electrice i de direcia vitezei i a campului magnetic):
r
mvevB
2=
Impulsul corespunztor va fi: eBrmvp == . innd cont de micarea relativist a particulelor beta, impulsul este legat de energia relativist total
prin relaia 22022
2 cmc
Ep = , iar energia relativist total este legat de energia cinetic i de energia relativist
de repaos prin relaia 20cmEE c += se obine:
( ) 204202 cmcmeBrcEc += Aceast relaie ne permite o calibrare energetic a spectrometrului.
-
a) Spectrometrie beta (Msurtorile se fac pe intervale de 10 secunde).
Inducia cmpului magnetic se msoar punnd sonda Hall cu pastila semiconductoare ntre ntrefier, n dreptul orificiului. Dac indicaia pe teslametru este negativ, rotii sonda Hall cu 180 grade.
I (A) 0 0.5 1 1.5 2
(grade) B (mT)
0
5 10 15 20 25 30 35 40 45
Se reprezint grafic variaia numrului de impulsuri nregistrate pentru diferite unghiuri ( )= fN , pentru valori constante ale induciei magnetice;
Se utilizeaza calibrarea energetic a spectrometrului magnetic pentru acea valoare a curentului electric (sau a induciei electrice) pentru care viteza de numrare de la unghiul 0= este egal aproximativ cu viteza de numrare 45= . n acest caz alura graficului ( )= fN este asemntoare cu cea din referat corespunztoare sursei de 90Sr.
Calibrarea (n SI, energia cinetic fiind msurat n J) se face cu ajutorul relaiei: ( ) 204202 cmcmeBrcEc += unde valoarea razei traiectoriei radiaiilor beta va fi estimat (msurat) de experimentator. Se poate face i calibrarea obinnd direct energia n keV. Pentru aceasta se ine cont c n relaia anterioar keVcm 51120 = i c ( )eBrc este msurat n uniti SI. tiind c J.eV 1910611 = , atunci relaia de mai sus devine: ( ) ( ) 5115111000 22 += /BrckeVEc Se cunosc: cmr 2= i s/mc 8103= .
b) Parcursul radiaiei beta.
Grosimea unei placue de absorbant este 0.015 cm. Fondul radioactiv se va lua ca medie a ultimelor trei valori ale vitezelor de numrare (msurtorile fcute pe cte un interval temporal de 100 secunde). Motivul pentru care se procedeaz aa este legat de faptul c prin atenuarea radiaiilor beta apare o radiaie de frnare, radiaie ce este detectat de detector. ca atare, coloanele ncepnd cu cea de-a V-a se vor completa dup efectuarea msurtorilor.
-
x
(cm) t
(s) N
(imp) tNn /=
(imp/s) fnr =
(imp/s) r
(imp/s) ( )rln rln
0 10 0.015 10 0.030 10 0.045 60 0.060 60 0.075 100 0.090 100 0.105 100
Dispersia r se calculeaz cu formula: f
r t
ft
n+= , iar rln se calculeaz folosind formula Gauss de
propagare a erorilor: rr
rlnr
rrln
rrrln
=
=
= 2
22
22
Prelucrarea datelor experimentale.
- se reprezint grafic ( ) ( )xfxr = astfel : - se reprezint punctul de coordonate ( )( )xr,x ; - se duce segmentul de eroare ( ) rxr + , ( ) rxr ;
- se traseaz curba prin segmentele de eroare ;
- se prelungete curba ( )xrr = pn cnd intersecteaz axa Ox n punctul ),x(A max 0 , lund doar primele 5 puncte de pe grafic (nu i cele pentru care msurtorile au durat 100 secunde); - se gsete astfel parcursul geometric maxim, maxx ; - se calculeaz parcursul masic maxxR = ; densitatea aluminiului este 2,7 g/cm3 ; - se calculeaz energia maxim a radiaiei , maxE , utilizand formulele empirice:
>=
