Лабораторний практикум з фізики. Частина 3 (ядерна фізика, статистична фізика і термодинаміка, фізика твердого тіла)

С. Г. Авдєєв, Т. І. Бабюк, П. В. Гель, О. С. Камінський

 

 

 

Розділ перший. ФІЗИКА АТОМА ТА ЯДРА

Лабораторна робота № 6. 1 Визначити втрати енергії  частинок за довжиною вільного пробігу в повітрі

Лабораторна робота № 6. 2 Визначення активності  випромі-нювання 

Лабораторна робота № 6. 3 Визначення лінійного коефіцієнта осла-блення і енергії гама-квантів у свинці для Лабораторна робота № 6. 4 Вивчення іонізуючого випромінювання фотоемульсійним методом

Лабораторна робота № 6. 5 Визначення питомого заряду електрона методом магнетрона

Розділ другий. ЕЛЕМЕНТИ СТАТИСТИЧНОЇ ФІЗИКИ ТА ТЕРМОДИНАМІКИ

Лабораторна робота № 7. 1 Визначення відношення теплоємностей газу методом Клеймана Дезорма

Лабораторна робота № 7. 2 Визначення коефіцієнта внутрішнього тертя та середньої довжини вільного пробігу молекул повітря

Лабораторна робота № 7. 3 Визначення коефіцієнта в’язкості рідини методом Стокса

Лабораторна робота № 7. 4 Визначення коефіцієнта теплопровідності металів

Лабораторна робота № 7. 5 Дослідження критичних явищ в системі рідина-пара

Лабораторна робота № 7. 6 Вивчення зміни ентропії при нагріванні і плавленні свинцю

Лабораторна робота № 7. 7 Вивчення розподілу Максвела за швидкостями фотоелектронів

Лабораторна робота № 7. 8 Визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідин

Розділ третій. ФІЗИКА ТВЕРДОГО ТІЛА

Лабораторна робота № 8. 1 Дослідження температурної залежності електропровідності напівпровідників і визначення енергії активації

Лабораторна робота № 8. 2 Дослідження ефекту Холла в напів-провідниках

Лабораторна робота № 8. 3 Вивчення фотоелектричних явищ в напівпровідниках та характеристик напівпровідникового фотоелемента

Лабораторна робота № 8. 4 Вивчення фізичних властивостей p-n-переходу в напівпровідниковому діоді

Лабораторна робота № 8. 5 Принцип роботи та вольт-амперна характеристика тунельного діода

Лабораторна робота № 8. 6 Вивчення принципу роботи та зняття характеристик біполярного транзистора

Лабораторна робота № 8. 7 Дослідження зміни провідності напів-провідникових діодів залежно від температури

Лабораторна робота № 8. 8 Якісний рентгеноспектральний аналіз

Найважливіші фізичні стал

Література

 

 

 

Мета роботи: за допомогою торцевого лічильника з досить тонким вхідним вікном виміряти залежність N (х) =f (х) і розрахувати енергію  частинок.

Прилади і матеріали: перерахувальний прилад ПСО-2, 4 в комплекті з блоком детектування -випромінювання; радіоактивний препарат Рu239.

 

 

Явище - розпаду було відкрите в результаті вивчення природної радіоактивності хімічних елементів. Такі елементи розміщені в кінці періодичної системи Д. І. Менделєєва. Всього нараховується біля 40 природних і більше 100 штучних -випромінювачів.

Рівняння -розпаду має вигляд:

Внаслідок випромінювання -частинок заряд ядра зменшується на дві одиниці, а масове число – на чотири одиниці.

Енергія Е>0 тому -розпад можливий в тому випадку, коли маса материнського ядра більша маси дочірнього ядра і атома гелію. Процес  розпаду має дві особливості, які були виявлені на основі експериментального вивчення -розпаду. Зупинимось на цих особливостях.

1. Стала розпаду  і енергія -частинок пов’язані законом Гейгера-Неттола, тобто:

ln=B1lnE+B2. (2)

Для всіх сімейств радіоактивного розпаду стала B1 одна і та ж, а В2 змінюється від одного до іншого сімейства. Із закону Гейгера-Неттола випливає, що чим коротший час життя -випромінювача, тим більша енергія -частинок.

2. Енергія -частинок для різних -випромінювачів змінюється від 4 до 9 МеВ. Ця енергія значно менша тієї енергії, яку -частинки повинні були одержати після розпаду за рахунок прискорення в електричному полі ядра. Тобто -частинки після виходу з ядра повинні прискорюватись до енергії не менше ніж 30 МеВ. Однак експериментально спостерігаються лише -частинки з енергіями від 4 до 9 МеВ.

Як пояснити закон Гейгера-Неттола? Чому енергія випромінюваних  частинок порівняно невелика? Відповіді на ці запитання дає квантова фізика. Перед початком -розпаду у багатьох ядрах уже є -частинки. Ці частинки, рухаючись у ядрі, мають енергію   (рис. 6-1. 1). Коли б не існувало потенціального бар’єра, -частинки вилітали б з ядра, маючи при цьому енергію

На рис. 6. 1 1:

V0 – глибина потенціальної ями;

Vк – висота потенціального бар’єра;

  – енергія -частинок в ядрі;

Е – енергія -частинки після виходу з ядра.

Вилітаючи з ядра, -частинки мов би не помічають потенціального бар'єра. Згідно із законами квантової фізики -частинкам притаманні хвильові властивості. Тому при попаданні на стінку потенціального бар’єра вони відбиваються від неї, як хвилі. Однак від стінки відбиваються не всі  -частинки. Деяка частина з них проникає крізь стінку і вилітає за межі радіоактивних ядер, маючи при цьому енергію Е. Процес проникнення -частинок крізь потенціальний бар’єр називається тунельним ефектом. Отже, потенціальний бар'єр для квантових частинок має деяку прозорість.

З ростом енергії   зменшується ширина потенціального бар'єра (рис. 6. 1. 1). Чим вужчий потенціальний бар’єр, тим вища