Лабораторная работа "Определение длины пробега ?-частицы в воздухе". Иванов К.Н. - 2 стр.

UptoLike

Составители: 

Рубрика: 

Введение
α-распадом (альфа-распадом) называется самопроизвольное превращение ядра с испусканием α-
частицы (альфа-частицы), α-частицы представляет собой группу из двух протонов и двух нейтронов. Иными
словами, α-частица есть ядро He
4
2
с массовым числом 4 и зарядом 2.
Главными характеристиками α-радиоактивного ядра и испускаемых им α-частиц являются период
полураспада, Т
1|2
, кинетическая энергия Т
α
, и пробег R. Нас в данном случае интересует длина пробега α-
частицы.
Под длиной пробега частицы, обычно принимается толщина слоя вещества, по прямой движения
частицы, проходимая ею при торможении до тепловых скоростей. Эта величина отличается от истинной
длины пути частицы в веществе, т.к. при каждом соударении частица изменяет направление движения в
веществе по сложной траектории.
При одинаковых, энергиях α-частица и
е обладают различными пробегами в веществе. Пробег α-
частицы значительно меньше пробега
е из-за того, что при равных энергиях тяжелая частица обладает
меньшей скоростью и потому большими удельными потенциальными потерями, которые определяют
пробег частицы в среде.
Пусть частица с зарядом Ze пролетает со скоростью V на расстоянии ρ от свободного
е с массой
m
e
и зарядом
е (рис.1). Тогда в предположении, что масса частицы M>>m
e
, взаимодействие ее с
электроном приведет к тому, что последний получает импульс в направлении, перпендикулярном к линии
полета частицы
= dtFP (1)
где
dtF - импульс силы за время взаимодействия. Считая, что взаимодействие эффективно на
участке пути, сравнимым с ρ, например равном 2ρ, который частица α проходит за время
V
t
ρ
2
=
и на
котором кулоновская сила равна примерно
2
2
ρ
Ze
, получим:
V
Ze
V
Ze
P
ρ
ρ
ρ
2
2
2
22
==
(2)
Рис.1.
Кинетическая энергия, соответствующая этому импульсу, равна:
22
42
2
12
2
ρ
=
=
Vm
eZ
m
P
T
ee
(3)
Такую энергию приобретает
е , если мимо него на расстоянии ρ проходит заряженная α частица с
зарядом Ze, двигающаяся со скоростью V. Такую же энергию теряет заряженная α-частица.
Таким образом, для α-частицы величина удельных ионизационных потерь является функцией только
кинетической энергии.
)(T
dx
dE
ϕ
= (4)
где Е-полная энергия α-частицы.
Отсюда находится пробег частицы, т.е. длина ее пути в веществе до полной остановки:
                                                        Введение

       α-распадом (альфа-распадом) называется самопроизвольное превращение ядра с испусканием α-
частицы (альфа-частицы), α-частицы представляет собой группу из двух протонов и двух нейтронов. Иными
                              4
словами, α-частица есть ядро 2 He с массовым числом 4 и зарядом 2.
       Главными характеристиками α-радиоактивного ядра и испускаемых им α-частиц являются период
полураспада, Т1|2 , кинетическая энергия Тα , и пробег R. Нас в данном случае интересует длина пробега α-
частицы.
       Под длиной пробега частицы, обычно принимается толщина слоя вещества, по прямой движения
частицы, проходимая ею при торможении до тепловых скоростей. Эта величина отличается от истинной
длины пути частицы в веществе, т.к. при каждом соударении частица изменяет направление движения в
веществе по сложной траектории.
                                                    →
       При одинаковых, энергиях α-частица и е           обладают различными пробегами в веществе. Пробег α-
                                         →
частицы значительно меньше пробега е из-за того, что при равных энергиях тяжелая частица обладает
меньшей скоростью и потому большими удельными потенциальными потерями, которые определяют
пробег частицы в среде.
                                                                                               →
       Пусть частица с зарядом Ze пролетает со скоростью V на расстоянии ρ от свободного е          с массой
               →
me и зарядом е     (рис.1). Тогда в предположении, что масса частицы M>>me, взаимодействие ее с
электроном приведет к тому, что последний получает импульс в направлении, перпендикулярном к линии
полета частицы
                                              ∆P⊥ = ∫ F⊥ dt            (1)

       где   ∫F⊥   dt - импульс силы за время взаимодействия. Считая, что взаимодействие эффективно на
                                                                                                    2ρ
участке пути, сравнимым с ρ, например равном 2ρ, который частица α проходит за время         ∆t =      и на
                                                                                                    V
                                             Ze 2
котором кулоновская сила равна примерно             , получим:
                                             ρ2
                                             Ze 2 2 ρ 2 Ze 2
                                    ∆P⊥ =        ⋅   =                        (2)
                                             ρ2 V      ρV




                                                     Рис.1.
       Кинетическая энергия, соответствующая этому импульсу, равна:
                                                    2
                                             ∆P⊥   2Z 2e4 1
                                    ∆T =         =       ⋅                    (3)
                                             2me   meV 2 ρ 2
                                     →
        Такую энергию приобретает е , если мимо него на расстоянии ρ проходит заряженная α частица с
зарядом Ze, двигающаяся со скоростью V. Такую же энергию теряет заряженная α-частица.
        Таким образом, для α-частицы величина удельных ионизационных потерь является функцией только
кинетической энергии.
                                              dE
                                                 = ϕ (T )              (4)
                                              dx
       где Е-полная энергия α-частицы.
       Отсюда находится пробег частицы, т.е. длина ее пути в веществе до полной остановки: