Визначення довжини пробігу альфа-частинок за допомогою камери Вільсона

Лабораторна робота № 18

Альфа-частинки являють собою ядра атомів гелію, які випромінюються ядрами важких елементів з порядковим номером . Альфа-розпад ядра відбувається за наступною схемою:

,

де – символ ядра, що розпадається; – символ ядра, що утворюється; – масове число, яке визначає кількість протонів і нейтронів всередині ядра; – зарядове число, яке визначає кількість протонів всередині ядра і відповідає порядковому номеру хімічного елемента в таблиці Менделєєва.

Швидкості, з якими альфа-частинки вилітають з ядер, досягають значень близько 10⁷ м/с. Маса альфа-частинки перевищує масу електрона приблизно в 7300 разів. У момент вильоту з ядра альфа-частинка має велику кінетичну енергію ~ 4,2 МеВ, що спричиняє її сильну йонізуючу дію. Проходячи речовину, альфа-частинка поступово втрачає свою енергію на йонізацію молекул речовини і з часом зупиняється. Так, в повітрі при нормальному тиску її пробіг складає кілька сантиметрів, у твердих речовинах її пробіг складає близько 10 ^–3 см. Альфа-частинку можна повністю зупинити звичайним аркушем паперу. Чим менший період піврозпаду радіоактивного елемента, тим більша довжина пробігу і, відповідно, більша енергія альфа-частинок.

Відомо, що в абсолютно чистому повітрі, в якому нема ні пилинок, ні іонів, насичена пара при зниженні температури не переходить в рідину, тобто залишається в перенасиченому стані. Коли ж у таке перенасичене паром повітря впустити пилинки або іони, то кожна з цих частинок стає центром конденсації молекул пари, внаслідок чого утворюється туман.

Альфа-частинка при своєму русі в повітрі утворює близько 200 000 пар йонів, а вони укриваються оболонкою тієї речовини, пара якої насичує простір. Усі ці найдрібніші крапельки рідини утворюють туманну смужку, яку називають треком. Таким чином, можна простежити за рухом кожної альфа-частинки, хоч сама вона залишається невидимою.

Корпусом камери Вільсона є пластмасове кільце з отвором, до якого приєднується гумова трубка з грушею. Робочий простір камери обмежений зверху і знизу двома прозорими пластинками із плексигласу. У центрі камери розміщений стержень з радіоактивним елементом.

Замкнутий об’єм камери заповнюється сумішшю парів, доведених до стану насичення. Охолодження цих парів необхідне для утворення перенасиченого стану. Воно досягається в результаті швидкого адіабатичного розширення, яке в цьому приладі здійснюється за допомогою гумової груші. Для цього грушу спочатку плавно стискують, а потім швидко відпускають. Альфа-частинки при взаємодії з газом утворюють на своєму шляху ланцюжок йонів. Політ кожної альфа-частинки відмічається появою треку.

Щоб вилучити йони, які утворились у камері до появи треків (бо радіоактивний елемент випромінює альфа-частинки безперервно), застосовують електричне поле. Це електричне поле утворюється під час електризації прозорих пластин камери Вільсона хутром. Воно й нейтралізує йони.

Мета роботи: ознайомитися з одним з методів дослідження радіоактивних частинок;

знайти середню довжину пробігу альфа-частинок радіоактивної речовини в повітрі.

Прилади: камера Вільсона, проекційна підставка, хутро.