Взаимодействие бета-излучения с веществом

Оборудование:

 Прохождение через вещество

 Цель эксперимента:
Измерение ослабления интенсивности β-радиоактивного источника в зависимости от толщины поглотителя с использованием двух материалов: алюминия и бумажных листов.

 Основы:
Бета-частица — это заряженная частица, которая взаимодействует с веществом различными способами в зависимости от своей начальной энергии: процессы ионизации, тормозного излучения, излучения Черенкова и переходного излучения.

Когда β-излучение проходит через слой вещества, оно полностью или частично теряет свою энергию в результате столкновений с атомами поглотителя. Это явление зависит от начальной энергии β-частиц и плотности материала, через который они проходят.

Бета-частицы менее массивны, чем альфа-частицы, и имеют заряд в 1e; следовательно, они могут проникать в значительное количество потенциальных экранирующих материалов, хотя их проникающая способность значительно ниже по сравнению с γ-излучением. Эти различия в поведении излучений являются ключевыми при экранировании помещений от гамма-излучения, будь то для защиты чувствительных экспериментов или безопасности человека.

Прохождение бета-частиц часто рассчитывается аналогично гамма-излучению, при этом массовый коэффициент ослабления определяется как наклон экспоненциальной функции.

Однако поскольку бета-частицы с низкой энергией имеют меньшую проникающую способность и полностью поглощаются уже при малых толщинах, начальное падение кривой поглощения происходит слишком быстро, чтобы его можно было аппроксимировать экспоненциальной функцией. Такая аппроксимация справедлива только в определённой области кривой прохождения — при минимальной толщине поглотителя, когда счёт бета-частиц хорошо отделён от «уровня фона».

Проведение эксперимента

Установите держатель бета-источника в SP5608 и подключите питание и MCX-кабели к одному из каналов SP5600. Подключите два выхода канала к DT5720A: аналоговый выход — к каналу 0, а цифровой — к входу «trigger IN» оцифровщика. Используйте значения по умолчанию в программном обеспечении или оптимизируйте параметры, чтобы оценить вклад, не связанный с бета-источником, и выберите порог дискриминации в мВ.

После этого выключите питание, откройте верхнюю крышку SP5608, установите бета-источник на пластиковый держатель и закройте крышку. Включите питание и измерьте частоту счёта. Повторите измерения, добавляя слои одного и того же поглотителя, а затем смените тип поглотителя.

Результаты

При использовании различных толщин поглотителя наблюдается почти экспоненциальное уменьшение интенсивности β-излучения I в зависимости от толщины поглотителя x. Это поведение не имеет такой же фундаментальной основы, как ослабление гамма-излучения, но хорошо описывается экспоненциальной функцией: 

I = I₀ * e^-nx

где n — коэффициент поглощения. Этот коэффициент коррелирует с максимальной энергией бета-источника для определённого материала поглотителя. По кривым поглощения бета-частиц можно определить коэффициенты поглощения и диапазоны пробега β-частиц в алюминии и бумажных листах.

Основное поведение переданной счётной частоты источника Sr-90 в зависимости от количества листов бумаги.

Поведение переданной счётной частоты источника Sr-90 в зависимости от различных поглощающих материалов.