Физическая лаборатория - Портис А.
Скачать (прямая ссылка):
Угле род-14 Р 0,15 5568 лет
Цезий-137 Р 0,52 30 лет
V 0,66
Кобальт-60 Р 0,31 5,24 года
У 1,17
1,33
Свинец-210 а 5,3 •22 года
Р 1,16
Промети й-147 Р 0,22 2,5 года
Натри й-22 Р 0,54 2,6 года
Т 1,27
Сера-35 Р 0,167 89 дней
Таллий-204 Р 0,77 3,57 года
Цинк-65 Р 0,33 246 дней
У 1,11
Каждый изотоп характеризуется массовым числом, определяющим число нейтронов и протонов в ядре. Электронволып есть
187
энергия, которую получает электрон, ускоренный электрическим полем с разностью потенциалов в один вольт. 1 эв=\,60210X X 10~1й эрг. Период полураспада определяется временем, за которое распадается половина первоначального вещества.
В качестве примеров мы опишем распады двух изотопов из приведенной таблицы. Это таллий-204 (обозначим его Т1204) и цезий-137
(Се137). Около 98 процентов Т1204 распадается на свинец-204 с одновременной эмиссией электрона и нейтрино:
ТР4^рЬ204 + е-+^ (1)
Суммарная энергия электрона и нейтрино равна 0,765 Мэв. Распределение энергий электронов представлено рис. 1. на рис. 1, где по оси ординат отло-
жено число электронов в единичном интервале энергии, а по оси абсцисс — энергия. Наиболее вероятная энергия составляет около половины максимальной энергии. Остальные два процента ядер Т1204 испытывают /С-захват, который заключается в том, что один из внутренних орбитальных электронов поглощается ядром. Часть рас- • падов второго изотопа Сэ137 соп- ^ ровождается эмиссией "у-квантов.
Зтргш, Мзб 1,13
1,19
Е,Ш6
Рис. 2.
Рис. 3.
Около восьми процентов ядер Сэ137 переходят непосредственно в Ва137 с вылетом электрона и нейтрино
0>187 Ва137 + е- -Ь V. (2)
Суммарная энергия, уносимая электроном и нейтрино, равна в этом случае 1,19 Мэв. Преобладающая часть ядер Сб187 распадается по более сложной схеме. Сначала они переходят в возбужденное состояние Ва137*
0>187 — Ва187* + е- + V? (3)
При этом переходе электрон и нейтрино уносят энергию 0,53 Мэв. Звездочка указывает на то, что Ва137* находится в состоянии с более высокой энергией, чем Ва137. В данном случае энергия возбужден-
188
ного состояния на 0,66 Мэв превышает энергию основного состояния. Возбужденное ядро живет в среднем несколько минут и переходит в основное состояние, испуская 7-квант:
Ва18?*—>Ва13?-И- (4)
Эти последовательные переходы показаны на схеме энергетических уровней на рис. 2. Спектр электронов распада состоит из двух компонент (рис. 3).
Рис. 4. Счетчик Гейгера — Мюллера представляет собой проводящий цилиндр, заполненный инертным газом. По оси цилиндра натянута тонкая проволока (а). Положительное напряжение подается на центральную нить, которая называется анодом (б). Когда р- или у-часгнцы проходят через счетчик, то они ионизуют атомы инертного газа (в) (черный кружок — электрон, белый — положительньй ион). Электроны быстро движутся по направлению к аноду. Тяжелые положительные иоиы движутся более медленно к внешнему цилиндру (г). Начальные электроны ионизуют другие атомы, создавая электронную лавину (д)- Положительные ионы накапливаются вблизи анода» уменьшая величину электрического поля и прекращая
развитие лавины (е).
Для регистрации р-частиц и ^-квантов мы используем счетчик Гейгера — Мюллера. Счетчик представляет собой металлический цилиндр, заполненный инертным газом. По оси цилиндра проходит тонкая вольфрамовая нить (рис. 4). Когда ионизующая частица пересекает счетчик, она ионизует атом газа. Образовавшиеся электроны протягиваются к аноду — центральной нити, находящейся под положительным потенциалом. Вблизи от анода электроны приобретают энергию, достаточную для того, чтобы осуществить дополнительную ионизацию (потенциал -ионизации в аргоне 23,5 эв). Вторичные электроны, полученные таким образом, сами ускоряются и могут в свою очередь производить ионизацию. Тяжелые положительные ионы перемещаются намного медленней электронов и, накапливаясь около анода, уменьшают интенсивность электрического поля в этой области. Можно было бы ожидать, что разряд прекратится сам собой, если разность потенциалов на счетчике не будет очень высокой. Однако из возбужденного газа вблизи
189
Пороговое напряжете
анода испускаются фотоны. Они бомбардируют катод, выбивая дополнительные электроны, которые могут поддерживать разряд. Для поглощения этих фотонов в счетчики добавляют около 10 процентов «гасящего» газа. С аргоном используются органические соединения, подобные этиловому спирту, с неоном — галогены. Гасящий газ поглощает фотоны и диссоциирует. В течение одного
разряда диссоциирует приблизительно 1010 молекул. Так как молекулы этилового спирта не восстанавливаются после диссоциации, то счетчик с органическим гасящим газом имеет ограниченный срок службы — приблизительно около 108 срабатываний. Счетчики, в которых в качестве гасящего газа используются галогены, обладающие свойством рекомбинировать после диссоциации, имеют практически неограниченный срок службы.
Обычно счетчик Гейгера — Мюллера используется в схеме, которая осуществляет счет разрядов за какой-то определенный интервал времени. Скорость счета зависит от приложенного напряжения, как показано на рис. «пороговом» напряжении на
