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实验2 核衰变的统计规律[ 预习提要] [ 实验目的] [ 实验器材] [ 实验原理]
实验 2 核衰变的统计规律
[ 预习提要 ]
1. 为什么要选取平均计数率为 2-4 次/计数周期之间来验证伯松分布?
2.n 较大时核衰变的统计规律是不是正态分布?
3.这套实验装置可以用来自动测量金属片的厚度吗?
[ 实验目的 ]
1.验证核衰变统计规律—伯松分布。
2.熟悉放射测量误差的表示方法,误差与测量次数和时间之间的关系。
3.应用微机系统采样和处理实验数据
[ 实验器材 ]
FJ-367 型通用闪烁探头一个,FH-408 型自动定标器一台,PIII 微机一套,打印机一台,
实验专用电路接口板一套,实验专用软件一套。
[ 实验原理 ]
1. 核衰变统计规律——伯松分布
核衰变的过程是相互独立彼此无关的。每个原子核发生衰变的时间是偶然和无法确定
的,但是对于大量原子核 N,经过时间 t 后,从统计规律来看,发生衰变的原子核的数目按
指数规律 e- λt 衰减,λ为衰变常数,它与放射源的半衰期 T1/2 之间满足公式:
! 2
λ = n (1- 2 - 1)
T1
2
在 t 时间内平均衰变的原子核数目为:
n = n(1− e−λt ) (1- 2 - 2)
在 t 时间内,N 个原子核中有 n 个原子核发生衰变的概率为:
N ! − λ t n − λ t N − n
P (n ) = (1 − e ) (e ) (1 - 2 - 3)
(N − n )! n !
N !
上式中系数 考虑了 N 个原子核发生衰变的原子核 n 的各种可能的组合数。
(N − n)!n!
一般地, N 1,t T1 ,即λt 1,所以 (1− e−λt )n ≈ (λt)n 。
2
又 n N ,(N − 1) ≈ (N − 2) ≈ ≈ (N − n − 1) ≈ N ,于是有:
N ! n −λt N −n N n n −λt N −n (Nλt) n −Nλt (n ) n −n
P (n) = (λt) (e ) = (λt) (e ) = e = e (1 - 2 - 4)
N n n! n! n! n!
这就是核衰变统计规律——伯松分布。
2. 测量误差规律和伯松分布的关系
伯松分布有以下四个重要性质:
① 它满足归一化条件:
∞ −n ∞ (n ) n − n n
∑ P (n) = e ⋅ ∑ = e ⋅ e = 1 (1 - 2 - 5)
n=0 n=0 n!
② t 时间内平均衰变数为:
∞ −n ∞ (n ) n −n d ∞ (n ) n −n n
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