Fizika_l_r_Chast_2

5.Закройте крышку кюветного отделения без установки в нем кюветы.

6.Ручкой 19 уравняйте яркость полей сравнения, таким образом, чтобы после резкой границы света и тени образовалась тонкая линия делящая поле сравнения на две одинаково освещенные части и снимите отсчет по шкале

нониуса угла φ1. (Отсчет показаний при помощи нониуса поясняется рисунком 13.)

На рис.13а показано положение нониуса и шкалы, соответствующее отсчету «+11,85°S» (нуль нониуса расположен правее нуля шкалы на 11 полных делений и в правой части нониуса с одним из делений шкалы совмещается его семнадцатое деление).

На рис.13б показано положение нониуса и шкалы, соответствующее отсчету «-3,25°S» (нуль нониуса расположен левее нуля шкалы на 3 полных делений и в левой части нониуса с одним из делений шкалы совмещается его двадцать пятое деление).

Рису.13. Положения нониуса и шкалы

7.Установите кювету с исследуемым раствором в кюветное отделение; установите ее, вращая вокруг оси, в такое

81

положение, чтобы линия раздела полей делила поле зрения на две равные части.

8.Установите с помощью окуляра зрительной трубы 20 максимальную резкость изображения вертикальной линии раздела полей сравнения.

9.Ручкой 19 уравняйте яркость полей сравнения и снимите отсчет по шкале нониуса угла φ2.

10.Поворачивая ручку 19 по часовой и против часовой

стрелки, снять показания угла φ2 три раза. Данные занесите в таблицу 1.

11.Угол вращения 0 плоскости поляризации определяем

по формуле:

соответственно.

Порядок выполнения работы

Упражнение 1. Определение концентрации сахара в растворе

исследуемом растворе в (г/см3) и в (%) (считать, что плотность раствора сахара = 1,03 г/см3).

3. Погрешности вычислить по формулам:

82

Упражнение 2. Определение удельного вращения оптически активного вещества

1. Измерьте значения углов φ1 и φ2 для раствора глюкозы указанной на кювете концентрацией и результаты занесите в таблицу 2 (измерения повторить 3 раза).

Таблица 2

Контрольные вопросы

1.Определение естественного и поляризованного света.

2.Способы получения и свойства поляризованного света.

3.Закон Брюстера.

4.Закон Малюса.

83

5.Оптически активные вещества (правовращающие, левовращающие).

6.Формулу для угла вращения плоскости поляризованного света оптически активным веществом.

7.Удельный угол вращения.

8.Оптическую схему поляриметра и его применение.

9.Использование поляризованного света в медицине.

Лабораторная работа № 16

Определение активности радиоактивного препарата и коэффициента поглощения β - лучей в веществе

Основные понятия и определения: явление радиоактивности

(естественная и искусственная радиоактивность); активность радиоактивного распада; взаимодействие ионизирующего излучения с веществом; дозиметрические приборы.

Цель работы: пользоваться пересчетным устройством, определять активность радиоактивного препарата и коэффициент поглощения излучения веществом.

Краткая теория

По современным представлениям, атомное ядро состоит из элементарных частиц: протонов и нейтронов, которые называются нуклонами. Протоны и нейтроны прочно удерживаются внутри ядра ядерными силами, природа которых изучена еще недостаточно.

Протон имеет положительный заряд, равный заряду электрона (е=1,6∙10-19Кл), а нейтрон не имеет заряда. Протон принято обозначать символом – 1р1, а нейтрон – 0n1. Нижние символы обозначают заряд частицы, а верхние – массовое число частиц выраженное в атомных единицах массы (а.е.м.).

Число протонов Np в атомном ядре элемента определяется порядковым номером элемента Z , т.е. Np=Z.

Число нейтронов Nn в атомном ядре элемента равно разности между массовым числом А и атомным номера элемента: Nn=A–Z, где A выражается в а.е.м.

84

Атомные ядра химических элементов принято обозначать символом ZXA, где Х – символ элемента, А – массовое число, Z – атомный номер. Например, 19К39 – атомное ядро кислорода. Число протонов в ядре кислорода равно 19, а число нейтронов – 39-19=20.

Для того чтобы разрушить ядро, т.е. удалить нуклоны из поля действия сил, надо совершить работу (затратить некоторую энергию). Эта энергия называется энергией связи ядра (Eсв) и определяется на основе пропорциональности массы и энергии.

В процессе распада ядра наблюдается радиоактивное излучение трѐх видов: α- лучи, β - лучи, γ - лучи.

α-лучи представляют собой поток ядер гелия 2Не4, называемых α-частицами. Каждая α-частица несет два элементарных положительных заряда (+2е) и обладает массовым числом А=4. Они вылетают из ядер со скоростью 14000-20000 км/с, что соответствует энергии от 4 до 9 МЭВ. α - частица возникает по следующей реакции:

21p1+20n1 2Не4

Схему α-распада с учетом правила смещения (законы сохранения заряда, массового числа и энергии) записывают в

виде:

ZXA→ Z-2YA-4+2α4,

где X и Y – символы соответственно материнского и дочернего ядра.

Проникая через вещество, α - частица ионизирует его атомы, действуя на них своим электрическим полем. Израсходовав энергию, она захватывает два электрона и превращается в атом гелия. В связи с тем, что α – частица является довольно тяжелой и большой по размеру микромира, она очень быстро растрачивает свою энергию при взаимодействии с веществом. Следовательно, - частица сильно поглощается веществом и для их экранировки достаточно, например, слой алюминия толщиной 0,06 мм или слой биологической ткани толщиной 0,12 мм.

β-лучи представляют собой поток быстрых электронов или позитронов (называемых β - частицами).

85

β-частицы рождаются в результате превращения одного из нейтронов ядра в протон или протона в нейтрон по следующей реакции:

внутриядерного превращения нейтрона в протон.

Схема +1β0 – распада (позитронного) с учетом правила

смещения:

ZXA→ Z-1YA++1β0 + 0 0 .

При +1β0-распаде позитрон образуется вследствие внутриядерного превращения протона в нейтрон.

Поскольку - частица имеет весьма малую массу, большую (в среднем) скорость и несет только один элементарный заряд ее ионизационная способность значительно (в среднем в 100 раз) меньше, а длина пробега во столько же раз больше, чем у - частиц.

Во многих случаях при радиоактивном распаде ядро нового элемента оказывается в возбужденном состоянии, т.е. на более высоком энергетическом уровне. Такое состояние ядра неустойчиво, оно переходит в основное состояние. С излучением γ

– фотона энергия - фотонов у различных веществ может быть в пределах от 0,2 до 3 МЭВ.

- лучи, в отличие от и - лучей, обладают малой ионизационной, но громадной проникающей способностью.

Радиоактивный распад приводит к постепенному уменьшению числа ядер радиоактивного элемента. Он носит случайный характер в том смысле, что нельзя предсказать, когда и какое именно ядро распадется. Можно говорить только о вероятности распада каждого ядра за определенный промежуток времени.

86

Число ядер dN, распадающихся за время dt, пропорционально времени и общему числу N ядер радиоактивного элемента:

- коэффициент пропорциональности, называемый постоянной распада данного элемента.

Знак «-» указывает на уменьшение числа ядер радиоактивного элемента со времени. Для подсчета количества оставшихся N ядер радиоактивного элемента через t, проинтегрируем выражение (1). Для этого разделяем переменные:

dNN dt .

От левой и правой частей берем интеграл:

dNN dt

Используем начальные условия, что в момент времени t=0 число ядер равно N0, а в любой момент времени t число ядер – N. С учетом этого получаем:

Полученное выражение запишем в виде:

Потенцируем полученное выражение и получаем:

Выражение (2) называется законом радиоактивного распада. Графически он представлен на рис. 1. Скорость распада различных радиоактивных элементов характеризуют периодом полураспада Т — время, в течение которого распадается половина исходного количества радиоактивных ядер; т.е. при t=T число ядер N=N0/2, где N0 – начальное число радиоактивных ядер.

Число ядерных распадов, совершающихся в радиоактивном элементе за 1с называется активностью этого элемента - а:

т.е. активность элементов пропорциональна его количеству и обратно пропорциональна периоду полураспада. За единицу активности принята активность 1 г радия, получившая название Кюри:

1 Ки=3,7·1010 распадов/с

Применяется еще одна единица активности - резерфорд.

1 Р=106 распадов /с=1/3700Ки

Активность радиоактивного препарата можно определить по активности эталонного препарата.

88

Если эталонный препарат с известной активностью аэт. дает Nэт импульсов за t, то, посчитав количество импульсов Nx исследуемого препарата за то же время, определяют его активность по формуле:

ax aэт Nx

Nэт

а с учетом естественного фона имеем:

Для оценки защитных свойств какого-либо вещества от радиоактивного излучения необходимо знать, каково поглощение излучения в данном веществе.

Обозначим поглощающую величину слоя через dX. Относительное уменьшение интенсивности излучения dJ/J пропорционально толщине слоя dX:

где - коэффициент пропорциональности, численно равный относительному уменьшению интенсивности излучения, на единицу пути в данном веществе и называется коэффициентом поглощения. Проинтегрировав выражение (4) получим закон поглощения для β и γ - лучей в веществе:

где: J0 - интенсивность излучения без поглощения среды; J - интенсивность после поглощения средой толщиной X.

Интенсивность излучения β и γ - лучей до и после поглощения, I пропорциональна N числу импульсов, зарегистрированных прибором за время t. Тогда из формулы (5) имеем:

где N0 и N1 — соответственно количество импульсов до и после поглощения в слое толщиной X1. Такое же соотношение можно написать и для поглощающего слоя толщиной Х2.

89

т.к. ln 2,3lg , то это выражение (с учетом естественного фона) даст нам окончательное формулу для подсчета коэффициента поглощения β и γ - лучей:

Порядок выполнения работы

Студент, при работе с радиоактивным веществом, обязан строго соблюдать правила техники безопасности:

1.не трогать руками счетчик Гейгера-Мюллера;

2.не направлять излучение на людей;

3.запрещается касаться радиоактивного препарата;

4.после окончания эксперимента необходимо поместить препарат в свинцовый контейнер.

Порядок работы с прибором РКСБ-104

1.Поставить переключатели в положение «х0,01;х0,01,200» и «раб.».

2.Отсчетным устройством прибора является жидкокристаллический индикатор, на табло которого при измерениях индицируются четырех разрядные числа – от 0000 до 9999. Например: на табло индуцируется число 0009, показания прибора – 9; или число 0018 – показания прибора – 18.

3.Для получения результата измерения показания прибора надо умножать на пересчетный коэффициент, указанный для

каждой измеряемой величины (х0,01;х0,01,200). Результат

90