Задание 1 Калибровка спектрометра

1. Включите цифровой тесламетр (прибор для измерения индукции магнитного поля).

2. Перед вводом тангенциального датчика Холла через боковое отверстие камеры спектроскопа, скорректировать показание нуля на тесламетре.

3. Включите источник питания электромагнита.

4. Провести измерение зависимости силы тока в катушке электромагнита от индукции магнитного поля с шагом 10 мТл до 200 мТл.

5. Для каждого значения рассчитать по формуле (3.5) кинетическую энергию T частицы. Все данные занести в таблицу.

Таблица 1.

6. Удалите из камеры тангенциальный датчик Холла и выключите тесламетр.

Расчеты и построение калибровочных графиков лучше всего проводить с помощью, например программного приложения Origin_Pro или Mathcad.

По данным таблицы построить графики зависимости индукции магнитного поля
от силы тока в катушке электромагнита (рис. 3).

Измерения проводятся в обоих направлениях магнитного поля.

Задание 2 Измерение энергетических спектров ß- излучения нестабильных атомных ядер.

1. Вставьте в корпус камеры источник ⁹⁰Sr и счетчик Гейгера-Мюллера. Подсоедините кабель счетчика Гейгера-Мюллера к пересчетному прибору. Включите пересчетный прибор.

2. Установите силу тока в катушке электромагнита такой, чтобы индукция магнитного поля равнялась 10 мТл (таблица 1).

3. Измерьте число импульсов набранных за период измерения 10 секунд для противоположных направлений магнитного поля. При этом нужно учитывать, что большее значение числа импульсов соответствует регистрации ß- частиц с кинетической энергией 21.53 кэВ в поле 10 мТл и фонового изучения. В свою очередь фоновое излучение возникает от внешних источников γ- излучения и от γ- излучения создаваемого исследуемым источником. Соответственно меньшее значение соответствует регистрации только фонового изучения, поскольку все ß- частицы отсекаются перегородками камеры спектроскопа при обратном направлении магнитного поля.

4. Занесите в таблицу число набранных импульсов без фона как разность из полученных двух значений числа импульсов.

5. Установите такое направление магнитного поля, при котором получилось наибольшее значение числа импульсов.

6. Измерьте число импульсов набранных за период измерения 10 секунд для следующих значений магнитных полей с шагом 10 мТл до 200 мТл. Все данные занести в таблицу.

Таблица 2.

7. Вставьте в корпус камеры источник ²²Na.

8. Начиная со второго, повторите все предыдущие действия в задании для магнитных полей от10 мТл до 200 мТл с шагом 10 мТл.

Замечание.

· Направление магнитного поля в экспериментах будет разным, для частиц излучения имеющих разный знак электрического заряда.

· Значительное усиление фона в спектре ²²Na объясняется излучением γ- квантов с энергией 1,275 МэВ (рис.6) и с энергией 511 кэВ возникающих при аннигиляции позитронов с электронами атомов находящихся в веществе источника, его оболочки и в веществе камеры спектроскопа.

Задание 3 Определение энергии ß- распада из полученных спектров для изотопов ⁹⁰Sr. и ²²Na

1. Используя фактические данные таблицы в задании, с помощью программного приложения "Origin Pro 8.6" создайте таблицу в первой колонке, которой укажите значения кинетической энергии частицы, а во второй число набранных импульсов без фона за 10 секунд. В ячейках "Long Name" введите соответственно T и N, а в ячейках "Units" – кэВ и имп.

2.
Выделите колонки и постройте по точкам график энергетического спектра для изотопа ⁹⁰Sr (см. рис. 4).

3. На графике щёлкните указателем мышки по отдельной точке. Выберите в меню программы “Analysis”→”Fitting”→”Nonlinear Curve Fit”→”Open Dialog”. В диалоговом окне в поле “Category” выберите “Peak Function” и в поле “Function” выберите “Extreme”. Нажмите кнопку “Fit” и в появившемся окне “Yes”, “Ok”.

4. Выделите на графике таблицу и переместите ее вправо так, чтобы она не перекрывала линию графика.

5. В таблице положение максимума на кривой и ошибка его положения соответствуют параметру xc.

6. Оцените энергию ß- распада изотопа ⁹⁰Sr как

7. Повторите все предыдущие действия в задании для изотопа ²²Na.

8. Сравните полученные значения с данными указанными в схемах распада изотопов ⁹⁰Sr и ²²Na (рис. 5).

Отчет по работе должен содержать.

1. Цель работы.

2. Краткую теорию.

3. Описание установки согласно рис. 1.

4. Результаты измерений (таблицы).

5. Теоретические расчеты.

6. Сравнение расчетных и экспериментальных данных.

7. Вывод.

Вопросы к отчету

1. Основные экспериментальные данные по бета-распаду.

2. Элементарная теория бета-распада.

3. Устройство и теория ß - спектрометра.

4. Описание установки.

Литература

1. Техническая документация и методические указания немецкой фирмы PHYWE (на английском языке).
2. Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика. В 3-х тт. Т. 1. Физика атомного ядра, 2009 Издательство: "Лань", 978-5-8114-0739-2, Год: 2009, 7-е изд, стер.
3. Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика. В 3-х тт. Т. 2. Физика ядерных реакций, 2009 Издательство: "Лань", ISBN: 978-5-8114-0740-8, Год: 2009, 7-е изд, стер.
4. Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика. В 3-х тт. Т. 3. Физика элементарных частиц, 2008 Издательство: "Лань", 978-5-8114-0741-5, Год: 2008, 6-е изд., испр.
5. Ракобольская И.В. Ядерная физика. Изд. МГУ, 1981
6. Сивухин Д.В. Общий курс физики, атомная и ядерная физика, ч.2.М.Наука,1989
7. Методические пособия к лабораторным работам по курсу «Физический практикум (Атомная физика)».
8. Приложение «Электронные учебные пособия старшего преподавателя кафедры экспериментальной физики Сорокина Ю.В.»