α粒子在空气和氩气的权力

文摘

范围和阻止本领的空气和氩气α粒子发出的各种来源包含三个同位素(241,244厘米和239 pu),使用硅面垒探测器在一个小真空室在不同的压力。阻止本领的带电粒子在空气和氩气是——布洛赫公式被发现增加极距离或压力增加。α的压力源的范围1酒吧被发现5.8±0.1厘米分别在空气和6.0±0.1厘米在氩阻止权力也发现1142.5±47.5 KeV /厘米,1014.1±34.3 KeV氩/厘米。范围的测量值与文学的另一个经验公式相比,而阻止本领的测量值与其他经验计算值比较文学。

关键字

镅- 241,真空室、氩、硅探测器,能量校准

介绍

重带电粒子与物质相互作用,如α粒子。这个粒子可以通过媒介随着电子和核通过库仑力的材料。这种机制的交互通过电离或激发的原子失去能量。这就是为什么阿尔法粒子是最危险的健康。

目前,半导体辐射探测器广泛用于检测和测量重带电粒子。好从这个探测器能量分辨率可以预期的,因为它是中国政府强大的影响力,探测器噪声(1]。表面屏障的故意氧化硅探测器使用使n型材料pn结。结反向偏压时,附近的电子扩散结合洞,创建一个势垒区。当一个带电粒子穿透硅,它产生的电子空穴对。如果这产生的自由电子和空穴复合在一个狭窄的区域称为损耗区域运营商给电信号的能量成正比入射带电粒子的基本信息。电场应用时耗尽区创建的电子空穴对。它快速扫描电子终端和孔到另一个(2]。

本研究的目的是确定实验的阻止权力阿尔法粒子在空气中通过使用硅面垒探测器因为它给最好的能源决议。利用各种来源的工作,如各种α源包括241点,244厘米,239聚氨酯在小真空室。这项工作将首先提出一个简短的实验背景,实验方法和结果将被讨论,最后结论部分将提供。

理论

阿尔法粒子是一个相对较大规模的核的两个质子和两个中子组成的复合粒子紧密地绑定在一起。他们高度电离,短程的在空中几厘米,有典型的能量几乎5伏,如果没有其他的衰变产物,虽然依靠放射性同位素变化(3]。

α粒子衰变发生一个α粒子的发射;因此它可以失去两个质子和两个中子。例如,α粒子排放到241年源这源衰减的一个同位素237 np,根据以下方程

在哪里代表了父母的核素,代表了女儿核素和α粒子可以表示为(4]。放射性同位素半衰期为432.2年,放出α粒子通过一系列的衰变所示图1。镅- 241从激发态到基态衰减镎- 237发射的伽马(5,6]。

由一个α粒子的能量损失单位路径长度通常被称为停止权力媒介的定义为:

(1)

E是带电粒子的动能和x是路径长度。——的数量/ dx沿着粒子跟踪也是已知的特定的能量损失。因此,数量年代被称为一个特定的能量损失。这个量可以表示的总能量损失/相互作用的粒子的数量。这是成正比的平方的入射粒子,它是速度成反比。所以,停止功率增加时,粒子的速度却降低了。此外,阻止本领可以称为线性能量这个词转移,一个近似的阻止本领渗透粒子(7]。

粒子的阻止本领Bethe-Bloch公式描述,定义带电粒子的能量损失的速率:

(2)

k是一个常数,子原子序数的移动粒子,ρ_e的电子密度,m是吗质量的电子的原子序数Z是阻止介质,是原子重量,v移动粒子的速度,我的平均电离势中等速度和β粒子/光速(2]。

范围可以表示材料的制动能力。在这个实验中,α粒子的范围在空气中发出^241年是源。所以吸收体厚度降低了α粒子能量,穿过物质叫做α粒子的范围,在一个中等的距离,他们的能量是零,因为许多电子粒子碰撞,他们逐渐失去能量。范围取决于类型的粒子,它的能量运动和物质通过它的旅行。例如,如果粒子等于5.5兆电子伏发出的^241年我和一系列近4厘米运货马车在室温和空气吗压力。因此,α粒子范围的天然气可以通过以下方程表示:

(3)

在R_空气在cm中总线性范围和E是兆电子伏的初始能量。透光方程可以应用范围的α粒子能量4-15兆电子伏。Fenyves和其基于测量,他们所描述的范围4 - 7兆电子伏之间的能量可以通过这个方程表示:

(4)

依赖于介质的密度范围。α粒子在固体和液体的范围可能近似相比基于eqn范围在空气中。(5)解释为:

(5)

在R_厘米α粒子的总在cm范围在一个吸收器和一个是固体或液体的原子量。在公式5中,一系列的α粒子在介质固体和液体在气体介质比范围短。因此,固体和液体的高密度分子之间提供更多交互媒介和α粒子(4]。

方法

能量分辨率

粒子计数器的探测器的配置检查和电路系统成立。硅面垒探测器连接到前置放大器,它可以生成一个电压脉冲每次当一个α粒子罢工前表面。然后,前置放大器是发送到高电压偏置电压的供给和脉冲发生器。前置放大器和信号连接到放大器的电压脉冲。后来,放大器连接到电脑(PC)通过多道分析器读出记录和存储脉冲根据他们的高。此外,放大器的输出信号连接到示波器读数。燃气管的设置和硅探测器和α粒子源在一个玻璃所述真空室和所示图2。

真空室可以是刚性外壳的空气和其他气体由真空泵已被删除。在这种情况下,探测器(Si探测器)是固定在一个小真空室不碰的正面探测器。然后,使用ANS42源包含三个同位素等(^241年点,^244年厘米,^239年Pu),α粒子源放置在室。一开始,调查发现,最好的电压检测器的小型真空室。所以,我们固定源不改变它已被约1厘米的距离远硅探测器。现在50伏特的阳极电压350伏特是申请180秒和通道数量的值,半宽度(应用)和分辨率的应用/通道没有)被记录下来。此外,这个计算是如何获得的信息将解释和讨论的结果。

能量校准

探测器使用ANS42校准源盒(^241年点,^244年厘米,^239年Pu)小型真空室为180秒;电压200伏的电源连接测量各种来源。这些放射性源排前面的探测器。最后,使用通道的大师人数确定α粒子。真正的价值观对他们的能量输入多道分析器(MCA)。在图3可以表明,阿尔法粒子发出的各种来源有不同的能量和强度。例如,241我是约5485.56 KeV的能量,但强度约为84.8 W / m²。

结果与讨论

能量分辨率

如前所述在实验过程的报告,被用于研究各种能源解决计数器。使用大师发现通道数字H₀全宽半解决粒子峰最大的半最大值宽度。然后,能量分辨率是衡量使用以下方程:

(6)

图4显示了如何应用的电压变化。有几个优点100伏和300伏之间。因此200伏的偏置电压选为最优电压检测器。没有注意到低于50伏特,信号检测和电压350伏以上所指示的是没有被测试的实验室演示。

能量校准

系统校准通过使用各种来源(^241年点,^244年厘米,^239年Pu)小真空室。这些目标有不同的原子序数,因此他们产生各种能量。所有的细节都显示在表1。

表1。各种源和信道数的平均能量。

图5还显示通道数量之间的线性关系和α粒子的能量。很明显,放射性源的能量之间的关系与频道号码对应的线性,并发现:完整的峰值能量(凯文)= 8.3968 x + 47.712 x代表频道数量的峰值。

空气中粒子的能量损失

测量粒子的能量面垒探测器检测到的,它是通过气体作为函数源到探测器的距离,根据Beth-Bloch方程。

α源放置在一个小真空室1厘米然后改变2 - 8厘米的距离通过的空气中的粒子探测器在标准压力0酒吧。后,关闭真空泵和不同的压力。这项研究是α峰上的数据记录为每个距离和获得相应的能源使用校准。考虑到各种来源的能量和范围之间的关系如何α粒子的能量减少由于距离。压力等于零的时候,大约是没有能量损失,在这种情况下,因为几乎没有空气粒子相互作用的真空。

这个过程被重复0.2酒吧到1.0酒吧之间的压力。所以,α粒子失去能量更快的增加压力和增加距离。,因为现在有一个α粒子间的相互作用和空气的分子。

图6可以表明,α粒子在空气中,可以看到阿尔法粒子的能量或范围,阿尔法粒子可以旅行更长时间和更短的方式依赖于介质的压力。此外,阿尔法粒子,当到达探测器的数量减少通过增加距离。所以,应该减少阿尔法粒子的能量。

在压力大约是1.0酒吧,在这种情况下,能量损失增加最快,因为现在是雪崩α粒子之间的相互作用和分子的空气,和能源最终成为零距离X = 5.8厘米。

在氩气α粒子的能量损失

一样的能量损失的α粒子穿过空气厚度在真空压力(大约是0条)。大约是没有能量损失的氩气,因为几乎没有分子的气体与真空。请注意,从图7在氩气α粒子的能量急剧下降随着距离的增加(8]。此外,α粒子损失能量快在氩气通过阻止本领德/ dx的数量依赖于原子序数Z和密度n .α粒子的能量损失逐渐基于越来越大的压力。如图所示的图7距离,能量损失完全在6、7、8厘米,当压力达到1.0酒吧。

阻止本领的α粒子与空气和氩气的压力

的结果值测量的阻止本领和计算经验所示表2。

表2。停止的α粒子在空气和氩气在不同的压力。

图8显示了一个阴谋的阻止本领的α粒子的变化在两个气体介质。可以得出的结论是,阻止权力同意Bethe-Bloch公式因为在每种情况下,阻止本领随气体的密度(压力)增加。可以看出,在任何给定的压力,阻止本领是最高的在空气中。

最后,测量范围的值的结果和阻止本领,这些计算经验(9)所示表3。

表3。范围、经验和测量值α粒子阻止本领的空气和氩气。

结论

总之,可以看出压力接近真空,α粒子倾向于旅行畅通无阻地通过媒介。也许,这是由于没有粒子相互作用以丧失一些动能。随着压力的增加,的相互作用开始发生。因此,α粒子开始丧失一些动能的分子气体介质。这种能量损失增加随着压力的增加,这是完全相同的伽马射线的衰减的增加材料随着材料的厚度增加。

根据结果α粒子的能量损失是压力的函数。此外,从Bethe-Bloch公式的能源/ dx密度成正比。这意味着阻止本领增加随着密度的增加,由于气体的摩尔质量越高,它的密度越高。此外,α粒子在空中的阻止本领高于氩气氩气因此范围是最高的。然而,它也可以知道空气分子含有一些微量的其他元素。测量范围和阻止本领的值非常接近实际计算的结果所示。因此,需要做更多的工作来验证如果在极高的压力,气体也可以明显减弱其他带电粒子。

引用

1. Demtroder w原子,分子和光子。2006年。
2. 诺尔的女朋友。辐射探测和测量。2010年。
3. 东伊运我,et al .α粒子光谱和范围在空气中。2014;2:27-31。
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5. 米塔尔V, et al .核与粒子物理概论。2013年。
6. 史密斯足总。应用辐射物理学的底漆。世界科学出版有限公司。2000。
7. Jevremovic t .核原则在工程。施普林格。2005;2006年。
8. 萨哈GB。物理和核医学放射生物学。施普林格科学与商业媒体。2012。
9. Theodorsson p .测量弱放射性。世界科学。1996年。