Порядок выполнения работы. Проверка распределения Пуассона.

1. Измерьте число n частиц космического излучения, зарегистрированных счетчиком за 5-10 с. Измерения повторите 100-200 раз (время каждого измерения и число измерений N - по указанию преподавателя). В результате будет получен ряд из N целых чисел ,

2. Для каждого числа n - определите, сколько раз это число встречается в полученном ряду, и вычислите экспериментальную вероятность для каждого значения n.

3. Вычислите среднее значение случайной величины . Результаты округлите до ближайшего целого числа.

4. Вычислите ряд значений теоретической функции распределения Пуассона по формуле (2).

Удобно для расчетов использовать такие свойства распределения Пуассона:

;

;

. . .

.

5. Постройте на одном графике гистограммы экспериментального и теоретического распределений.

6. Определите по полученным гистограммам, сколько процентов случаев отличаются от на , на , на .

7. Сделайте выводы о степени соответствия между экспериментальным и теоретическим распределениями.

Проверка распределения Гаусса проводится аналогично. В этом случае измерения повторяют 100 раз, время каждого измерения составляет 15-30с. Вычисление теоретических вероятностей числа появлений события производится по формуле (3).

Примерный вид таблицы результатов.

Контрольные вопросы

1. В чем заключаются особенности явлений в ядерной физике?

2. Что такое вероятность и как ее вычислить? Что такое функция распределения?

3. Почему прибор за равные промежутки времени при постоянной интенсивности потока излучения регистрирует неодинаковое количество частиц?

4. Запишите распределения Пуассона и Гаусса. Когда применяется распределение Пуассона, а когда Гаусса?

5. Как вычисляется погрешность измерения случайной величины?

6. Что такое гистограмма?

Лабораторная работа 2

Снятие характеристики счетчика Гейгера-Мюллера по космическому излучению

Цель работы: ознакомиться с принципом работы газонаполненных детекторов ионизирующего излучения и получить счетную характеристику газоразрядного счетчика.

Приборы и принадлежности: счетчик Гейгера-Мюллера, источник высокого напряжения, пересчетный прибор, секундомер.

Общие указания

Излучение, приходящее на Землю из окружающего космического пространства, называют космическим. Различают первичное и вторичное космические излучения. Первичное излучение представляет собой поток атомных ядер высокой энергии, более 90% из которых составляют протоны (ядра атомов водорода) с энергией эВ, около 7% -альфа-частицы (ядра атомов гелия) и лишь около 1% приходится на ядра более тяжелых элементов. Такой состав первичного космического излучения в какой-то мере соответствует распространению химических элементов во Вселенной. Вторичное космическое излучение - это продукты взаимодействия в атмосфере Земли первичного излучения с ядрами атомов атмосферы. В составе вторичных космических лучей имеются две компоненты. Одна из них сильно поглощается свинцом и поэтому была названа мягкой; вторая же проникает через большие толщи свинца и получила название жесткой.

Основным процессом, ответственным как за поглощение первичных космических лучей, так и за образование всего многообразия частиц вторичного космического излучения является процесс множественного рождения - мезонов при взаимодействии протонов с ядрами атомов атмосферы. Существуют положительный , отрицательный и нейтральный - мезоны, или пионы. Распад заряженных пионов происходит в основном на мезоны (мюоны) и мюонные нейтрино:

.

Мюоны и нейтрино и составляют в основном жесткую компоненту вторичных космических лучей.

Нейтральный пион распадается на два гамма-кванта: • Гамма-кванты в поле атомных ядер превращаются в электронно-позкгроннные пары. Образовавшиеся таким образом электроны и позитроны, тормозясь, в свою очередь создают - кванты, энергия которых достаточна для образования новых электронно-позитронных пар и т.д., до тех пор пока энергия -квантов не будет меньше . Описанный процесс называется электронно-фотонным (или каскадным) ливнем. Хотя первичные частицы, приводящие к образованию ливней, обладают огромной энергией, но ливневые частицы являются "мягкими" - не проходят через большие слои вещества. Полное число частиц в ливне пропорционально энергии первичной частицы. Ливни от частиц с эВ на поверхность Земли выпадают на площадь во много гектаров.

Все методы наблюдений и регистрации частиц радиоактивных излучений и элементарных частиц основаны на способности частиц терять часть своей энергии на ионизацию и возбуждение атомов среды. Счетчик Гейгера-Мюллера относится к приборам, регистрирующим частицы по производимой ими ионизации. Благодаря высокой надежности и простоте изготовления, они широко используются в технике регистрации ядерных излучений.

Счетчики Гейгера-Мюллера бывают двух типов: цилиндрические и торцовые.

Цилиндрический счетчик (рис.2.1) изготавливается из тонкой металлической или металлизированной изнутри стеклянной, герметически замкнутой трубки 1 и металлической нити 2, натянутой вдоль оси внешней оболочки с помощью пружинки 3.

Рис.2.1.

У торцового счетчика (рис.2.1) металлизированный стеклянный корпус 1 является катодом, нить 2 - анодом, а торец корпуса образует тонкое слюдяное окошко 3 толщиной 20-30 мкм. Конец нити 2 для предотвращения коронного разряда на острие закрыт стеклянной бусинкой.

Ионизирующее излучение попадает в объем счетчика либо через боковую поверхность у цилиндрического, либо через слюдяное окошко у торцового счетчика. Объем счетчиков заполняется благородными газами: аргоном или неоном; рабочее напряжение, подаваемое на счетчик, связано с давлением газа в объеме счетчика (обычно оно составляет 100-200 мм рт. ст.). Электроды счетчика Гейгера - Мюллера, находящиеся под напряжением, образуют газоразрядный

Если заряженная частица проходит сквозь счетчик, то она ионизирует газ. При этом положительные ионы устремляются к катоду, а электроны - к аноду. В результате в цепи счетчика возникает электрический ток. При небольшом напряжении на счетчике величина этого тока пропорциональна количеству пар ионов, образованных частицей. Такой режим работы счетчика называют режимом ионизационной камеры.

При увеличении напряжения электроны на пути к аноду могут набрать энергию, достаточную для того, чтобы ионизировать встречные атомы. Чем выше напряжение на электродах, тем большее число раз успеет произойти такая ионизация. При фиксированном напряжении каждый первичный электрон ионизации вызывает лавину из k электронов. Величина k называется коэффициентом газового усиления. Счетчик, работающий в указанном режиме, называется пропорциональным счетчиком.

При еще больших напряжениях возникновение хотя бы одной пары ионов приводит к началу самостоятельного разряда. Самостоятельный разряд может продолжаться достаточно долго, и счетчик в это время не будет реагировать на пролетающие частицы. Применяя специальные схемы включения или добавляя' в объем счетчика тяжелые газы, можно создать условия для быстрого гашения самостоятельного разряда. Таким образом, в данном режиме попадание частицы в объем счетчика вызывает кратковременный, но достаточно сильный импульс тока. Счетчики, работающие в таком режиме, и называют счетчиками Гейгера-Мюллера.

Во время протекания разряда в счетчике он оказывается неспособным регистрировать частицы. Время полной нечувствительности счетчика называется обычно мертвым временем. Чем меньше мертвое время, тем больше частиц в единицу времени может зарегистрировать счетчик.

Зависимость числа частиц, регистрируемых счетчиком за одинаковое время при неизменных внешних условиях от напряжения на электродах счетчика, называется счетной характеристикой (рис.2.3). На участке

Описание установки

Для снятия счетной характеристики газоразрядного счетчика используется установка на основе приборе ПСТ-100, функциональная схема которой приведена на рис.2.4. Напряжение на электроды счетчика подается от высоковольтного выпрямителя, расположенного в приборе .

Рис2.4.

Как правило, катод счетчика поддерживают под потенциалом земли, что гарантирует безопасность при работе. Частица, попадая внутрь счетчика, вызывает ионизацию газа, благодаря которой в цепи возникает ток. Импульс напряжения на сопротивлении усиливается и подается на пересчетное устройство прибора.

На передней панели прибора находится ручка регулировки высокого напряжения и вольтметр для определения напряжения на счетчике. Здесь же находятся электронные индикаторы пересчетного устройства (ПУ) и электронный секундомер. В приборе предусмотрена автоматическая остановка секундомера через интервал времени 10, и с после пуска.

На передней панели расположены также выключатели накала и анодного напряжения, переключатели режимов работы и клавиши ручного управления пересчетным устройством.

Пересчетное устройство содержит 6 декад. Число импульсов, сосчитанных первой декадой, определяется с помощью неоновых лампочек, расположенных на передней панели в виде телефонного диска. У каждой лампочки написана цифра, показывающая число сосчитанных импульсов. При прохождении десятого импульса с первой декады подается сигнал на вторую декаду, показывающую десятки импульсов, и т.д. Количество импульсов, сосчитанных декадами со второй по шестую, определяется по свечению электродов соответствующих декатронов.

Поиск по сайту: