Лабораторный практикум по ядерной физике на основе естественно-радиоактивных изотопов В.А. Белянин Йошкар-Ола, Марийский государственный университет

Состав лабораторного практикума по ядерной физ ике радиоактивные источники электронные приборы лабораторное оборудование лабораторные работы

Радиоактивные источники практикума – β-излучение изотопа 19 K 40 – радиоактивное излучение воздуха – космическое излучение

Излучение изотопа 19 K 40 Стрелками изображены электронный и позитронный распады, e-захват и γ-переход; указаны максимальная энергия частицы и вероятность перехода в процентах

Спектр β-излучения изотопа 19 K 40

Излучение изотопа 38 Sr Sr 90 Т=28,4л β – 0, Y 90 Т=64,8 ч β – β – 0,02% 1,76 2,26 99% 40 Zr 90 γ

Радиоактивное излучение воздуха

Схема взаимодействия космических лучей с атмосферой Земли: электронно-фотонная, мюонная и нуклонная компоненты

Электронные приборы (история вопроса): Блок измерительный приборов «Арион»

Блок измерительный прибора «Арион»

Сопряжение приборов "Арион" с компьютером через COM-порт

Сопряжение прибора "Арион" со звуковой картой компьютера

Электронный блок, космический "телескоп", компьютер

Сопряжение прибора «Арион» с микроконтроллером ATmega 640/v и компьютером через USB-порт

Блок-схема электронно-программного комплекса «Счетчик Гейгера-Мюллера – компьютер» ММ Компьютер Интерфейс «Поиск-СГМ» Счетчик Гейгера- Мюллера ATmega 640/v СТС-6USB-порт

Возможности электронно-программного комплекса «Счетчик Гейгера-Мюллера – компьютер » Питание счетчика и его связь с компьютером через USB- интерфейс, Прибор совместим с любым типом датчиков ионизирующего излучения (в том числе и сцинтилляционных), Два канала счетчиков, режимы «и» и «или», Программа измерений задается компьютером, Результаты измерений фиксируются компьютером, Цифровая регулировка питания счетчиков, ПИД-регулирование напряжения питания счетчиков, Комплект поставки: прибор, программное и методическое обеспечение, Разработан для лабораторного физического практикума вузов и школ

Панель управления электронно-программного комплекса «Счетчик Гейгера-Мюллера – компьютер»

Лабораторное оборудование: Свинцовый домик разрез

Приборы: телескоп фильтр

Прибор для исследования поля излучения протяженных источников

Прибор для исследования самопоглощения

Зависимость скорости счета приемника -излучения от толщины слоя поглощающего вещества: 1 – латунь, 2 – алюминий, 3 – полиэтилен. Источник 19 K 40

Зависимость скорости счета (полулогарифмический масштаб) от толщины слоя поглощающего вещества: 1 –латунь, 2 – алюминий, 3 – полиэтилен. Источник 19 K 40

Зависимость скорости счета приемника -излучения от толщины слоя поглощающего вещества для латуни, алюминия, полиэтилена. Источник 38 Sr 90

Зависимость скорости счета (полулогарифмический масштаб) от толщины поглотителя для латуни, алюминия, полиэтилена. Источник 38 Sr 90

Зависимость скорости счета приемника –излучения от толщины слоя поглощающей дистиллированной воды

Зависимость скорости счета (полулогарифмический масштаб) от толщины слоя поглощающей дистиллированной воды

Зависимость скорости счета от расстояния между источником -излучения 19 K 40 и приемником в воздухе

Зависимость скорости счета (полулогарифмический масштаб) от расстояния между источником 19 K 40 и приемником в воздухе

Зависимость скорости счета от расстояния между источником 19 K 40 и приемником -излучения в воздухе

Зависимость скорости счета (полулогарифмический масштаб) от расстояния между источником и приемником в воздухе

Горизонтальные сечения скорости счета над радиоактивной полуплоскостью: размер плоскости (50х60х0,5) см 3, 0 см – центр плоскости, 30 см. – край плоскости

Вертикальные сечения скорости счета над радиоактивным препаратом с линейными размерами (50х60х0,5) см 3 из соли калия

Зависимость скорости счета от толщины слоя соли (расстояние до счетчиков 50 мм)

Зависимость логарифма скорости счета, приведенной к единице, от толщины слоя соли

Зависимость скорости счета от толщины слоя раствора соли KCl и его концентрации

Зависимость скорости счета от толщины поглощающей соли. Сплошные линии – теоретические кривые

Зависимость скорости счета (полулогарифмический масштаб) от толщины поглощающей соли

Поглощение β-излучения от K 2 SO 4 в полиэтилене для разных по толщине радиоактивных источников: скорость счета пронормирована к единице, полулогарифмический масштаб

Радиоактивность воздуха

Поглощение космического излучения в свинце

Угловое распределение космического излучения

Концепция практикума состоит из следующих основных положений Основание концепции - методология научного познания, адаптированная для экспериментального физического исследования в рамках учебного процесса; Ядро концепции - системный подход к построению лабораторного практикума по ядерной физике, позволивший объединить в единое целое его цели, задачи, методы, средства и возможности; Следствия концепции - возможности выполнения в рамках практикума базовых лабораторных работ, самостоятельных физических исследований, а также постановки студентами по результатам исследований новых лабораторных работ; Оборудование практикума состоит из небольшого числа простых унифицированных приборов, на основе которых студенты совместно с преподавателем могут разрабатывать и изготавливать необходимые лабораторные установки, причем приборы и оборудование изготавливаются так, чтобы все их детали были доступны изучению.

Лабораторные работы практикума 1.Исследование распределения числа регистрируемых частиц в серии измерений с фиксированным временем регистрации, 2.Экспериментальное изучение счетной характеристики счетчика Гейгера-Мюллера, 3.Обнаружение и изучение радиационной активности изотопов атмосферного воздуха, 4.Исследование самопоглощения β-излучения солями калия, 5.Исследование самопоглощения β-излучения растворами солей калия, 6.Определение активности солей калия, 7.Определение активности растворов солей калия, 8.Определение процентного содержания калия в смеси солей, 9.Изучение поглощения β-излучения алюминием, 10.Изучение поглощения β-излучения твердыми телами, 11.Изучение поглощения β-излучения жидкостями, 12.Изучение поглощения β-излучения воздухом, 13.Изучение поглощения β-излучения сыпучими телами, 14.Изучение поглощения β-излучения полимерами, 15.Изучение поглощения β-излучения растворами солей, 16.Исследование поля излучения плоского источника радиоактивности, 17.Исследование поля излучения цилиндрического источника радиоактивности, 18.Исследование поля излучения сферического источника радиоактивности 19.Изучение состава космического излучения, 20.Изучение углового распределения жесткой компоненты космического излучения

Литература 1. Белянин, В.А. Лабораторный практикум по радиоактивности и радиоактивным излучениям [Текст] /В.А. Белянин // Физическое образование в вузах, т. 15, 1, – С. 60– Белянин, В.А. Системный подход к постановке лабораторного практикума по ядерной физике [Текст] /В.А. Белянин//Тезисы докладов Совещания заведующих кафедрами физики вузов России/ Под ред.проф. Г.Г. Спирина. – М.: АПР, – С. 69– Белянин В.А. Лабораторный практикум по ядерной физике: Учебное пособие [Текст]/ В.А. Белянин. – Йошкар-Ола: Мар.гос. ун-т, – 155 с.

Лабораторный практикум по ядерной физике Глава 1. Радиоактивность 5 §1 Естественная радиоактивность………………………………………… Радиоактивное излучение …………………………………………………… Закон радиоактивного распада……………………………………………… Правила смещения. Радиоактивные семейства …………………………..12 §2 Детекторы радиоактивных излучений ………………………………… Физические принципы работы детекторов ………………………………… Детекторы дискретного счёта ………………………………………………… Трековые детекторы …………………………………………………………….23

Лабораторный практикум по ядерной физике Глава 2. Приборы и источники лабораторного практикума ……….………………….29 §3 Комплект приборов «Арион»……………………………………………… Назначение, технические параметры и характеристики ………………… Устройство и работа составных частей ……………………………………… Подготовка к работе и обслуживание ………………………………………….34 §4 Компьютер в лабораторном практикуме ……………………………… Схема "Индикатор радиоактивности – компьютер" ………………………… Схема "Арион – компьютер" ……………………………………………………..41 §5 Источники радиоактивных излучений …………………………………… Изотоп калия 19 K 40 ……………………………………………………………… Космические лучи ………………………………………………………………… Радиоактивность воздуха …………………………………………………………52

Лабораторный практикум по ядерной физике Глава 3. Лабораторные работы практикума ……………………………… §6 Обработка результатов. Погрешности измерений ……………………54 §7 Лабораторные работы ……………………………………………………… Исследование распределения числа регистрируемых частиц …………… Счетная характеристика счетчика Гейгера-Мюллера ……………………… Радиоактивность изотопов атмосферного воздуха ………………………… Самопоглощение β-излучения солями калия ……………………………… Радиоактивность солей калия ………………………………………………… Определение процентного содержания калия в смеси солей …………… Поглощение β-излучения алюминием ……………………………………… Поглощение β-излучения твердыми телами ……………………………… Поглощение β-излучения жидкостями ……………………………………… Поглощение β-излучения воздухом ………………………………………… Поле излучения плоского источника радиоактивности ………………… Поле излучения цилиндрического источника радиоактивности ………… Изучение состава космического излучения ………………………………… Угловое распределение жесткой компоненты космического излучения..124 Заключение …………………………………………………………………………….131 Литература……………………………………………………………………………….132 Приложение ………………………………………………………………………… …134

Спасибо за внимание!