Методичні вказівки до лабораторних робіт з радіаційної фізики (частина 2)

Предмет:

Фізика

Тип роботи:

Методичні вказівки

К-сть сторінок:

39

Мова:

Українська

Оцінка:

виразі

. (6)

Таким чином зменшення -мезонів за рахунок їх спонтанного розпаду можна визначити ще й так

. (7)

Порівнюючи (4) і (7), маємо:

(8)

й нарешті

. (9)

З виразу (9) маємо

. (10)

Тепер врахуємо співвідношення (2). Тоді

. (11)

Мінімальна енергія -мезона необхідна для того, щоб він міг пройти під кутом θ крізь усю атмосферу

.

З цих енергій для -мезона наближено можна вважати рівним одиниці. Тоді вираз (11) можна переписати:

(12)

При цьому треба мати на увазі, що під кутом θ = 900 схема співпадань детектує випадкові співпадання.

Такі співпадання треба виключити з розрахунку, тому

.

Це зауваження стосується і величини :

.

Тоді робоча формула прийме вигляд:

(13)

Блок-схема експериментальної установки зображена на мал.2 та являє собою телескоп лічильників, який складається з двох груп кожна по 3 лічильники Гейгера-

Мал.2

Мюлера. Лічильники закріплені на арматурі і їх разом з арматурою можна повертати навколо горизонтальної осі так, що пряма, яка з’єднує середини груп лічильників, може займати різне положення відносно вертикалі, що характеризується кутом . Імпульси від іонізуючих частинок, які виникають в обох групах лічильників, подаються на схему співпадань СС і одночасно на перемикач П, на який поступає також імпульс з схеми співпадань. Схема співпадань видає імпульс тільки тоді, коли імпульси на її входи поступають одночасно. Це необхідно для того, щоб зареєструвати саме космічні -мезони. Якщо космічний -мезон пролітає у напрямку, що перетинає обидві групи лічильників, то в обох групах одночасно можуть виникнути два імпульси, які будуть заєрестровані схемою співпадань. Число імпульсів, зареєстроване схемою співпадань, не є числом -мезонів, що летять у даному напрямку, бо деякі мезони викличуть імпульс тільки в одній групі лічильників, або ні в одній з груп. Але значення числа, зареєстрованою схемою співпадань за достатньо великий проміжок часу буде пропорційне загальній кількості мюонів, що пройшли в даному напрямку. Імпульси від схеми співпадань СС через перемикач П поступають на електричний лічильник ЕЛ, який рахує число імпульсів за заданий проміжок часу. БВЖ являє собою блок високовольтного живлення газових лічильників. Але в кожній окремо взятій групі лічильників поява імпульсів зумовлюється і мюонами, які летять під таким кутом до осі установки, що окремий мюон перетинає лише одну групу лічильників. Крім того, імпульси можуть бути викликані наявністю випромінювань від природних радіонуклідів, які містяться в земній корі, повітрі. Ці процеси викликають появу, в основному, неодночасних імпульсів в обох групах лічильників і відфільтровуються схемою співпадань. Але при цьому можливі і випадкові співпадання. Швидкість лічби випадкових співпадань (кількість імпульсів за одиницю часу).

, (14)

де – роздільний час схеми співпадань, – швидкість лічби від першої групи лічильників, – від другої. Для того, щоб визначити необхідно в положенні перемикача П 1 і 2 порахувати числа імпульсів і за певний час . Тоді

. (15)

Ця величина для даної установки повинна бути відомою.

Хід роботи і обробка результатів вимірювання

1. Ввімкнути і прогріти установку на протязі 15 хв.

2. Провести виміри кількості співпадань для різних кутів .

3. Результати занести до таблиці

θ0 t вим. сек N(θ)екс, імп , с

cos θ (cos θ)1,6

0 900 1 1

15 900 0,9659 0,9460

30 900 0,8660 0,7943

45 900 0,7071 0,5743

60 900 0,5000 0,3299

75 900 0,2588 0,1150

90 900 0 0

середнє – – – –

Розрахувати для кожного з напрямків θ, знайти середнє значення часу життя -мезонів, та похибки його вимірювання, використавши співвідношення (13).

Контрольні запитання

1. Що таке космічне випромінювання? З яких видів воно складається?

2. Які основні властивості первинного космічного випромінювання? Яка інтенсивність цього випромінювання?

3. Який хімічний склад частинок первинного космічного випромінювання?

4. Які частинки, крім ядер, входять в склад первинного космічного випромінювання?

5. Які основні характеристики розподілу частинок первинного космічного випромінювання за енергіями?

6. Як діє магнітне поле Землі на частинки первинного космічного випромінювання? Що таке мінімальний імпульс частинки?

7. Що таке широтна залежність інтенсивності первинного космічного випромінювання і чим вона викликана?

8. Що таке східно-західна асиметрія інтенсивності космічного випромінювання і чим вона викликана?

9. Що таке радіаційні пояси? Як вони розміщені по відношенню до Землі?

10. З чого складається вторинне космічне середовище випромінювання? Наведіть основні характеристики -мезонів. Як вони розпадаються?

11. Наведіть основні характеристики -мезонів. Як вони розпадаються?

12. Які основні особливості взаємодії первинного протона з ядрами повітря?

13. Охарактеризувати взаємодію первинного протона з енергією ГеВ атмосферою. Як генерується мюонна компонента вторинного космічного випромінювання?

14. Охарактеризувати взаємодію первинного протона з енергією ГеВ з атмосферою? Як генерується ядерно-активна компонента вторинного космічного випромінювання?

15. Як генерується електронно-фотонна компонента вторинного космічного випромінювання?

16. Як залежить інтенсивність різних компонент вторинного космічного випромінювання від висоти?

17. Які радіонукліди і як утворюються в верхніх шарах атмосфери внаслідок дії космічного випромінювання?

18. Які процеси впливають на зменшення числа мюонів, що поширюються в напрямку до поверхні Землі?

19. Пояснити будову і принцип роботи експериментальної установки.

20. Завдяки чому при роботі установки виникають випадкові співпадання? Чому дорівнює швидкість лічби випадкових співпадань?

Література:

1. О.Н.Касандрова, Ц.Ц.Лебедєв. Обработка результатов наблюдений. Учебное пособие.–М.: Наука, 1970–104с.

2. А.И.Абрамов, Ю.А.Казанский, Е.С.Матусевич. Основы экспериментальных методов ядерной физики.–М.: Энергоатомиздат, 1985–485с.