Физикалық практикум

147 
 
№19 ЖҰМЫС 
Гамма нұрдың энергиясын оның затта жұтылуынан анықтау 
 
19.1. Жұмыстың мақсаты: 
19.1.1.  Гамма  ыдыраудың  негізгі  ерекшіліктерін  зерттеу.  Жартылай  жұтылу 
қалыңдығынан  (жұтылу  сызығының  көлбеулігінен)  радиоактивті  изотоптың  гамма 
кванттарының энергиясын анықгау. 
 
19.2. Негізгі теориялық қағидалар 
Гамма-нұр  дегеніміз  ядро  қозған  күйден  төменірек  күйге  өздігінен  көшкенде 
шығаратын  электромагниттік  нұр,  яғни,  өзінің  физикалық  тегі  бойынша  ол  ядролық  текті, 
энергиясы  шамамен  10  КэВ  пен  5  МэВ  (
м
м
13
10
10
*
2
10
)  арасында  жататын  қысқа 
толқынды электромагниттік нұр. 
Энергиясы 
*
E
 қозған  күйдегі 
)
,
(
*
Z
A
X
 ядроның  энергиясы  төменірек 
E
 күйдегі 
)
,
(
Z
A
X
 ядроға көшуі 
)
,
(
)
,
(
*
Z
A
X
Z
A
X
 
кезінде энергия мен импульстің сақталу заңы орындалады. 
Массалар (инерция) центрі жүйесінде ол былайша жазылады: 
.
.
.
.
0
я
т
я
т
P
P
T
E
E


 
                          
(19.1) 
Мұнда 
E
E
E
*
, 
.
. я
т
T
 мен 
.
. я
т
Р
-сәйкес  ядроның,  тебілу  энергиясы  мен  импульсы, 
(19.1)  бойынша  бағдарлау  ядроның  қозу  энергиясының  қомақты  бөлігін  -квант  әкететінін 
көрсетеді. Гамма кванттардың спектрінің дискретті болатыны да анық. 
Гамма  кванттардың  әртүрлі,  импульс  моменті  мен  жұптылық  бойынша  сұрыптау 
ережелерімен анықталатын, импульс моменттерімен шығулары мүмкін. 
Импульс  моменттері  L=1,2,3,...  болатын  нұрлар,  сәйкес,  диполдық,  квадруполдық, 
октуполдық  және  т.б.  аталады,  және  олардың  пайда  болу  себептеріне  қарай  электрлік 
(Е1,Е2,ЕЗ,..)  және  магниттік  (М1,  М2,  МЗ,...)  болып  бөлінеді.  Егер  гамма  нұр  нұрланатын 
ядрода  зарядтың  қайта  таралуынан  туса,  онда  электрлік  мультиполдер  дейді,  ал  егер  ол 
спиндік  және  орбиталық  магнит  моменттерінің  қайта  таралуынан  туса  -  магниттік 
мультиполдер  дейді.  L=0  нұрлануға  бұрыштық  моменттің  кванттық  механикалық 
теориясына сәйкес тыиым салынған. Себебі фотонның спині бірге, массасы нөлге тең. 
Электромагниттік 
теория 
(
Y
R
 үшін) 
мультиполдердің 
шығуының 
ықтималдылығын жобалауға мүмкіндік береді: 

148 
 
       
)
1
(
2
2
1
1
L
маг
L
эл
R
W
R
W
 
                      (19.2) 
Мұнда:  R-ядроның  радиусы, 
-шығарылатын  нұрдың  толқын  ұзындығы. 
1
/
R
 
болғандықтан,  ядроның  екі  деңгейінің  арасындағы  радиациялық,  көшулерде  L-дің  ең  кіші 
мәніне сәйкес келетін электрлік және магаиттік мультиполдер басым болатыны анық, немесе 
L  артқан  сайын 
-ауысудың  ықтималдылығы  төмендейді.  L-дің  мүмкін  мәндерінің 
жиынтығын  импульс  моменті  мен  жұптылық  бойынша  сұрыптау  ережелері  анықтайды. 
Импульс бойынша сұрыптау ережелеріне сәйкес гамма-квант алып кететін импульс моменті 
L  мен  ядроның  бастапқы  L
b
  және  ақырғы  күйлеріндегі 
a
L
 импульс  моменттері  арасында 
мынадай қатынас болады; 
b
a
b
a
L
L
L
L
L
 
Жұптылық бойынша сұрыптау ережесінен электрлік көшу үшін 
L
a
b
P
P
)
1
(
 
магниттік көшу үшін 
1
)
1
(
L
a
b
P
P
 
мұнда: 
b
P
 мен 
a
P
 ядроның бастапқы және ақырғы күйлерінің жұптылықтары. 
Спин  мен  жұптылық  бойынша  сұрыптау  ережелерімен  бірге  гамма  -  ауысулар 
изотоптық  спин  бойынша  сұрыптау  ережелерін  де  қанағаттандыруға  тиіс,  Бұл  ережелердің 
түрі гамма-нұрдың кезкелген мултиполі үшін мынадай: 
0
,
1
,
0
з
b
a
T
T
T
T
 
Мұнда 
b
T
 мен 
a
T
 -  сәйкес  ядроның  бастапқы  және  ақырғы  күйлерінің  изотоптық  спиндері, 
T
 мен 
з
T
 -  толық  изотоптық  спин  мен  оның  проекциясының  ауысу  кезіндегі  өзгерісі. 
0
з
T
 мен 
0
T
 электрлік  заряд  пен  толық  изотоптық  спиннің  сақталатындығын,  ал 
1
T
 изотоптық  спиннің  сақталу  заңының  электромагниттік  әсерлесулер  кезінде 
бұзылатындығын көрсетеді. 
19.2.2.  Гамма-нұрдың  затпен  әсерлесуінің  негізгі  түрлері:  фотоэффект,  комптон 
эффект және электрон-позитрондық қосақтар туғызу. Осы процесстердің салдарынан заттың 
өте кішкене dx қалыңдығын өткен гамма- нұрдың қарқыны 
Idx
dI
-қа кемиді. 
 
                        (19.7.) 
Мұнда 
-жалпы  жұту  коэффициенті.  Оны  жоғарыда  аталған  әсерлесулерді  ескеріп, 
Ioc
r
ф
-деп жазуға болады. (19.7)-ні интегралдасақ, белгілі 
x
e
I
I
0
 
 
                                        
(19.8) 

149 
 
жұтылу  заңы  шығады.  Мұндағы 
0
I
-жұтқышсыз  қарқыны, 
I
 -  қалыңдығы 
x
 жұтқыштан 
өткен гамма - нұрдың қарқыны. 
Өткен  гамма-нұрдың  қарқыны  екі  есе  кемитін  жұтқыштың  қалыңдығын  жартылай 
жұту калыңдығы 
2
/
1
x
 деп атайды. 
Егер  жұту 
)
(м
x
 қалыңдығын  жұтқыштың 
)
(r
d
-беттік  тығыздығымен  алмастырсақ 
және 
px
d
 екенін ескерсек 
d
e
I
I
0
 
шығады.  Мұндағы 
/
 массалық  жұту  коэффициенті  деп  аталады.  Ол  жұтқыштың 
материалы мен гамма нұрдың энергиясына тәуелді. 
Фотоэффект,  комптон  эффект  және  электрон-пoзитрондық  қосақтар  тууының 
физикалық  негіздері  мен 
кос
к
ф
,
,
 шамаларының  гамма  -  нұрдың  энергиясына 
тәуелділіктері (19.6.1.) мен (19.6.2.)-де келтірілген. 
 

жүктеу/скачать 3,87 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: