Упражнение 2. Исследование комптоновского рассеяния

1. Снимите диафрагму диаметром 2 мм на выходе рентгеновского излучения из рентгеновской трубки в рабочую область и установите вместо нее диафрагму диаметром 5 мм. Снимите с гониометра монокристалл LiF.

2. Выберите пункт меню Прибор/Рентгеновская установка. В открывшемся диалоговом окне соответствии с рис.8 настройте установку для исследования комптоновского рассеяния, установив следующие параметры:

• Тип измерения: Опыт Комптона.

• Ток эмиссии: 1 мА.

• Время интеграции: 100 с.

• Напряжение: 35 кВ.

• Угол рассеивателя: 15°.

• Угол детектора: 90°.

• Адсорбер: Al; Z=13; d=0,10 мм; 2,7 г/см³;

• Дисплеи: Угол кристалла; угол детектора; скорость импульсов; геометрия.

Нажмите кнопку Далее.

Рис. 8 – Настройка параметров рентгеновской установки для исследования эффекта Комптона.

3. Следуя указаниям программы, выполните измерение следующих интенсивностей рентгеновского излучения:

   • N₀ - фоновая интенсивность. Измеряется без адсорбера и без рассеивателя.

   • N₃ - интенсивность с пластиковым рассеивателем на гониометре (см. рис.9), но без адсорбера.

   • N₄ - интенсивность с рассеивателем и с адсорбером в положении 1. Адсорбер устанавливается перед диафрагмой, как на рис.9 а).

   • N₅ - интенсивность с рассеивателем и с адсорбером в положении 2. Адсорбер крепится на держатель счетчика, как это показано на рис.9 б).

а) б)

Рис. 9 – Положение адсорбера при исследовании эффекта Комптона: а) положение 1 – адсорбер между диафрагмой и рассеивателем; б) положение 2 – адсорбер между рассеивателем и счётчиком Гейгера.

4. Рассчитайте коэффициенты пропускания T₁ и T₂. Для этого выберите пункт меню Анализ/ Рентгеноспектроскопия/ Эксперимент Комптона. Запишите рассчитанные значения в тетрадь.

5. Повторите измерение ещё не менее двух раз. Вычислите средние значения коэффициентов пропускания и их погрешности.

6. Вычислите комптоновскую длину волны по формуле:

. (19)

где k – угловой коэффициент прямой , измеренный в ходе выполнения упражнения 1. Рассчитайте погрешность измерения λ_C.

7. Сравните полученное значение комптоновской длины волны с теоретическим значением, равным 2,426 пм. Сделайте вывод.

При вычислениях используйте следующие справочные данные:

Постоянная Планка: ħ = 1,0546·10^-34 Джс;

Скорость света в вакууме: c=2,9979·10⁸ м/с;

Элементарный заряд: e=1,6022·10^-19 Кл;

Межплоскостное расстояние кристалла LiF: d=201,4 пм.

Контрольные вопросы

1. Что такое корпускулярно-волновой дуализм? Приведите примеры.

2. Как связаны между собой волновые и корпускулярные характеристики фотона?

3. В чем состоит эффект Комптона?

4. Почему для исследования эффекта Комптона используют рассеиватели, состоящие только из легких элементов таблицы Менделеева?

5. Что такое комптоновская длина волны? Чему она равна?

6. На каком физическом принципе основано разложение в спектр рентгеновского излучения?

Расчетное задание

1. Приведите в рабочей тетради подробный вывод формулы (11) из выражений (5), (7) и (8) со всеми промежуточными выкладками.

2. Рассчитайте длину волны рентгеновских квантов с энергией ε = 10+2·A кэВ, где A - номер Вашей бригады.

3. На какой угол в гониометре рентгеновской установки нужно установить монокристалл LiF с межплоскостным расстоянием d = 201,4 пм и детектор рентгеновского излучения, чтобы измерить их интенсивность?