Методика проведения измерения. Экспериментальная установка

Экспериментальная установка

Установка, используемая в данной работе, позволяет определить степень поглощения g - излучения при переходе его через слои различных веществ равной толщины; вычислить коэффициент поглощения m исследуемого вещества. Установка изображена на рис. 2.

рис. 2. Схема экспериментальной установки

Она содержит радиоактивный препарат 1, испускающий g -излучение. Под препаратом помещается поглощающая пластина 2 из исследуемого вещества. Интенсивность g излучения, прошедшего через пластину, измеряется с помощью газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера 3 и пересчетного прибора 4. Из восьми клавиш, находящихся на лицевой панели пересчетного прибора, в данной работе используются только клавиши с надписями: "Сброс", "Стоп", "Пуск", "Сеть". Устройство газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера показано на рис.3.

рис. 3. Схема включения счетчика Гейгера - Мюллера

Внутри баллона 1, заполненного смесью газов, находятся два электрода 2: и 3. Полый металлический цилиндр 2 служит катодом, а металлическая нить 3, натянутая по его оси - анодом. Источник высокого напряжения 4, в цепь которого включен резистор 5, создает в пространстве между анодом и катодом сильное электрическое поле.

Квант g - излучения, проникающий в пространство между анодом и катодом, ионизирует ряд атомов газа. Положительно заряженные ионы движутся к катоду, а электроны к аноду. Разгоняясь в сильном электрическом поле между анодом и катодом, электроны приобретают энергию, достаточную для ударной ионизации атомов газа, и порождают на своем пути новые ионно-электронные пары. В свою очередь, электроны, появившиеся в результате ударной ионизации, вскоре также приобретают энергию, достаточную для новых актов ионизации газа, и т.д. В газовой смеси, заполняющей счетчики, развивается лавинный разряд, ток которого создает на резисторе 5 импульс напряжения, который, в свою очередь, вызывает срабатывание пересчетного прибора. Количество импульсов, регистрируемое в единицу времени, пропорционально интенсивности g - излучения. Поэтому (1) можно записать в виде:

(2)

где

N_d - количество импульсов, зарегистрированное за время t при наличии поглощающего вещества между препаратом и счетчиком.

N₀ - количество импульсов, зарегистрированное за то же время при отсутствии поглощающего вещества. Необходимо учесть, что счетчик регистрирует не только излучение препарата, но и так называемое фоновое излучение. Оно складывается из космического излучения, пронизывающего в околоземное пространство, и из излучения радиоактивных изотопов, которые в очень небольшх количествах присутствуют в материалах стен, зданий, в воздухе, почве, организме человека и т.д. С учетом фона запишем (2) в виде:

или

(3)

где N_ф - количество импульсов от фонового излучения, зарегистрированного за время t.

Методика измерений

При выполнении данной работы необходимо:

- убедиться в справедливости закона Ьугера-,

- определить значения линейного коэффициента поглощения для двух различных веществ.

Из (3) следует, что зависимость от d является линейной:

(4)

рис. 4. Методика обработки результатов для нахождения по угловому коэффициенту

Поэтому для проверки справедливости закона Бугера достаточно построить график зависимости от d и убедиться в его линейности в пределах погрешности измерений (рис 4)

Определение N_ф следует производить при изолированном от счетчика контейнере с препаратом.

Для определения N₀ следует установить контейнер с препаратом над счетчиком и удалить все предметы, находящиеся между препаратом и счетчиком.

При определении N_d следует поместить между препаратом и счетчиком слое исследуемого вещества, толщина d которого предварительно должна быть измерена микрометром.

Во всех трех случаях время для регистрации импульсов берется одинаковым, т.е. пересчетный прибор следует включать на один и тот же промежуток времени, например, 1 минуту. Время работы пересчетного прибора измеряется секундомером.

Считывание показаний пересчетного прибора производится в соответствии с принципом построения десятичной системы счисления: крайний справа декатрон доказывает единицы импульсов, второй справа - десятки импульсов и т.д.

Коэффициент линейного поглощения μ исследуемого вещества можно определить по графику зависимости от d

(5)

где α - угол, образованный графиком зависимости от d и осью d

Порядок выполнения работы:

1. Выписать сведения о приборах и принадлежностях, используемых в работе; время работы пересчетного прибора по указании. преподавателя.

2. Контейнер с радиоактивным препаратом закрыть крышкой и максимально удалить от счетчика. С разрешения преподавателя подключить установку к сети, нажать клавиши "Сеть" и "Стоп" на лицевой панели пересчетного прибора. При этом на декатронах пересчетного прибора должна появиться индикация. Клавишей "Сброс" установить индикацию на нули. Нажать клавишу "Пуск" и одновременно включить секундомер. Через указанный промежуток времени нажать клавишу "Стоп" и считать с декатронов пересчетного прибора число импульсов фона N_ф. Результат занести в таблицу.

3. Установить на счетчик контейнер с препаратом, снять о неге крышку. Определить число импульсов N₀.

4. Измерить микрометром толщину пластин первого исследуемого вещества. Помещая пластины между препаратом и счетчиком, определить число импульсов N_d для трех различных значений d. При этом для увеличения общей толщины поглощающего слоя d нужно складывать пластины в стопку. Результаты внести в таблицу.

5. Повторить п.4 для другого вещества. Выключить установку. Пользуясь данными, построить графики зависимости от d для исследуемых веществ.

6. По формуле (5) определить значение μ для исследуемых веществ. Определить абсолютную и относительную погрешности результатов эксперимента.

Показать справедливость закона Бугера, исходя из построенного графика.

Таблица

	Nф	N0	d	Nd		μ	Δμ

Примечание: 1 – строка в столбце “ d ” таблицы соответствует одному из исследуемых материалов, 2 я – другому.

Контрольные вопросы

а) Для допуска к работе:

1. Объяснить устройство и принцип действия счетчика Гейгера.

2. Привести и пояснить закон Бугера.

3. Что такое коэффициент поглощения и ионизирующего излучения от чего он зависит?

4. Какова методика определения коэффициента поглощения в данной работе?