atom3_obrabotka

_{Обработка результатов.}

1. Таблица 1. Медь

	0	8	16	24	32
A	96,1	95,8	95,4	94,7	93,8
N	810	870	798	746	734

Таблица 2. Свинец

	0	8	16	24	32
A	95,9	95,8	95,4	94,7	93,8
N	811	890	925	857	773

2. Калибровочный коэффициент.

Медь:

Свинец:

3. Начальная энергия квантов.

Медь: Свинец:

4. Энергия рассеянных квантов.

Медь: Свинец:

5. Графики распределения энергии.

Рис. 2 – теоретическое распределение энергии

Рис. 3 – практическое распределение

6. Анализ комптоновского смещения

Вывод: Были посчитаны энергии рассеивания квантов на заданных углах отклонения. Практические графики распределения не сходятся с практическим по значениям, однако закономерности эффекта были соблюдены, т.к. графики имеют один вид. Несоответствие значений может быть последствием того, что эффект Комптона может наблюдаться при различных длинах волн излучения. Комптоновское смещение не сошлось с теоретическим значением.

Контрольные вопросы:

1. Природа -излучения.

Гамма-излучение — вид электромагнитного излучения, характеризующийся чрезвычайно малой длиной волны — менее 2⋅10−10 м — и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами. 

Природа гамма-излучения заключается в том, что оно представляет собой поток фотонов, имеющих высокую энергию (гамма-квантов).  Во всех наблюдаемых явлениях гамма-фотоны ведут себя как частицы, обладающие импульсом. 

Гамма-излучение испускается при переходах между возбуждёнными состояниями атомных ядер, при ядерных реакциях, при взаимодействиях и распадах элементарных частиц (например, при аннигиляции электрона и позитрона, распаде нейтрального пиона и т. д.), а также при отклонении энергичных заряженных частиц в магнитных и электрических полях.

2. Какая система излучает -квант?

Гамма-квант излучает атомное ядро.  Это происходит, например, при переходах между возбуждёнными состояниями атомных ядер, при ядерных реакциях, взаимодействиях и распадах элементарных частиц

3. Чему равна масса покоя -кванта? Его заряд?

Гамма-квант не обладает ни зарядом, ни массой покоя.

4. Какова длина волны излучения, использующегося в данном эксперименте, если Eγ=0,662МэВ?

5. В какой задаче, когда, кем и с какой целью было предложено соотношение E=hν?

Соотношение E=hν было предложено немецким учёным Максом Планком для устранения противоречий в объяснении фотоэффекта. Он выдвинул гипотезу, согласно которой атомы испускают электромагнитную энергию не непрерывно, а отдельными порциями — квантами, при этом энергия каждой порции прямо пропорциональна частоте излучения. 

Цель соотношения E=hν — объяснить закономерности внешнего явления фотоэффекта, в частности линейную зависимость максимальной кинетической энергии от частоты и независимость от интенсивности света. 

6. За что Артур Комптон получил Нобелевскую премию?

В 1922 году он обнаружил и дал теоретическое обоснование эффекту изменения длины волны рентгеновского излучения вследствие рассеяния его электронами вещества. Этим Комптон доказал существование фотона.

7. Фотоэффект. Комптоновское рассеяние.

Фотоэффект — это освобождение электронов, находящихся в веществе в связанном состоянии, под воздействием фотонов. При фотоэффекте атом поглощает фотон и испускает электрон. При этом падающий фотон взаимодействует со связанным в атоме электроном и передаёт ему свою энергию. Электрон получает кинетическую энергию и покидает атом, а атом остаётся в возбуждённом состоянии. 

Комптоновское рассеяние — упругое рассеяние фотона заряженной частицей, обычно электроном. Если рассеяние приводит к уменьшению энергии, поскольку часть энергии фотона передаётся отражающемуся электрону, что соответствует увеличению длины волны фотона, то этот процесс называется эффектом Комптона.  Обратное комптоновское рассеяние происходит, когда заряженная частица передаёт фотону часть своей энергии, что соответствует уменьшению длины волны кванта света. 

Разница между фотоэффектом и комптоновским рассеянием в том, что при фотоэффекте фотон полностью поглощается электроном, тогда как при комптоновском рассеянии он только меняет направление движения и энергию. 

8. Законы сохранения и эффект Комптона.

Эффект Комптона — это явление упругого рассеяния коротковолнового рентгеновского излучения на свободных электронах вещества (или электронах, слабо связанных с атомами).  При этом фотон передаёт электрону часть своей энергии и импульса. 

В эффекте Комптона соблюдаются законы сохранения энергии и импульса. 

Закон сохранения энергии: энергия до столкновения (энергия фотона плюс энергия покоя электрона) должна равняться энергии после столкновения (энергия рассеянного фотона плюс полная энергия получившего отдачу электрона). 

Закон сохранения импульса: импульс падающего фотона должен равняться сумме импульсов электрона и рассеянного фотона. 

Совместное решение этих уравнений позволяет получить энергии рассеянного фотона и электрона отдачи в зависимости от угла рассеяния фотона. 

9. Принцип действия сцинтилляционного детектора.

Принцип действия сцинтилляционного детектора основан на регистрации фотонов, испускаемых возбуждёнными атомами. 

В простейшем случае сцинтилляционный детектор состоит из сцинтиллятора, фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) и электронного блока для усиления, анализа и счёта импульсов. 

Принцип действия заключается в том, что излучение вступает в реакцию со сцинтиллятором, который производит серию вспышек различной интенсивности. Интенсивность вспышек пропорциональна энергии излучения. 

Частица, попадая в сцинтиллятор, порождает фотоны флуоресценции, которые по светопроводу попадают на фотокатод ФЭУ. Фотоны, попадающие на фотокатод ФЭУ, выбивают из него фотоэлектроны. Поток электронов после электронно-оптической фокусировки попадает в динодную систему и усиливается на несколько порядков. Выходные импульсы, снимаемые с анода ФЭУ, подаются на регистрирующие устройства, которые в зависимости от требуемых задач могут быть предназначены для счёта частиц и анализа амплитуды, формы и длительности импульсов. 

10. Указать основные типы взаимодействия γ-излучения с веществом, если Eγ < 1 МэВ

Фотоэффект.  Квант поглощается атомом, и освобождается один из электронов атома. 

Эффект Комптона.  Это процесс упругого рассеяния γ-кванта на электроне, сопровождаемый выбиванием этого электрона из атома (электрон отдачи) и увеличением длины волны рассеянного γ-кванта. 

Эффект образования пар. При столкновении с атомом образуется пара электрон-позитрон. Позитрон, замедлившись, аннигилирует с одним из атомных электронов. 

11. Назначение отдельных узлов сцинтилляционного спектрометра.

Сцинтиллятор.  В нём ионизирующие частицы вызывают вспышку люминесценции. 

Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ).  Преобразует световую вспышку в импульс электрического тока. 

Линейный усилитель. Предназначен для усиления импульсов, поступающих с детектора. 

Цифровой анализатор-преобразователь. Анализирует амплитуду сигнала, поступающего с усилителя, и преобразует сигналы разной амплитуды в цифровые сигналы. 

Электронная система. Регистрирует эти электрические импульсы. 

12. Объясните зависимости, изображенные на рисунках.

Рис. 4 Рис. 5

4 - Энергия вторичных электронов при комптоновском рассеянии -квантов

5 - Распределение амплитуд импульсов ФЭУ при регистрации комптоновского рассеяния.

При комптоновском рассеянии часть энергии первичного -кванта передается электрону (и поглощается в сцинтилляторе, давая вспышку соответствующей энергии, меньшей энергии первичного кванта), а оставшаяся часть энергии в виде фотона либо все же поглощается сцинтиллятором, либо выходит из него. На рис. 4 приведено распределение по энергии вторичных электронов при взаимодействии монохроматического -излучения с веществом (h < 1,022 МэВ), а на рис. 5 - распределение амплитуд импульсов на выходе ФЭУ. По оси абцисс на рисунке отложена амплитуда импульса, а по оси ординат - относительная частота появления импульсов данной амплитуды. "Размазывание" распределения амплитуд происходит главным образом вследствии флуктуаций в числе выбиваемых фотоэлектронов на фотокатоде ФЭУ и флуктуаций коэффициента усиления ФЭУ.

13. Как изменился вид распределения на рисунке 5, если мы будем наблюдать кванты, рассеянные под углом, большим 0?