ЧФ ПНИПУ. Лабораторные работы по физике

Министерство образования и науки российской федерации

Чайковский филиал

федерального государственного бюджетного

образовательного учреждения высшего профессионального образования

"Пермский национальный исследовательский политехнический университет"

(ЧФ ПНИПУ)

Кафедра гуманитарных и естественнонаучных дисциплин

Лаборатория физики

Атомная физика

Лабораторная работа № 2

" Измерение интенсивности заряженной компоненты

космического излучения "

2011

Цель работы: измерить количество заряженных частиц, проходящих через два сцинтилляционных счетчика, включенных в схему совпадений, в единицу времени. Определить зависимость интенсивности от телесного угла.

Приборы и принадлежности: лабораторная установка.

Сведения из теории

Цель работы заключается в измерении количества заряженных частиц, проходящих через два сцинтилляционных счетчика, включенных в схему совпадений, в единицу времени. Собственно, эта величина и является интенсивностью. В ходе работы определяется так же зависимость интенсивности от телесного угла (апертурой, определяемой расстоянием между счетчиками). Основная серия измерений проводится при вертикальной ориентации телескопа (телескопом называются два и более счетчиков, включенных в совпадения для регистрации одной и той же частицы, проходящей сквозь них). Можно измерить также интенсивность излучения в направлениях, отличных от вертикали (т.к. она должна уменьшаться из-за увеличения поглощательной способности атмосферы).

Описание установки

Б лок-схема установки приведена на рис. 2.1.

1. Два сцинтилляционных счетчика размером 662 см³ на основе фотоумножителей ФЭЧ-85 с размером фотокатода 25 мм. Они снабжены делителями, потребляющими 150 мкА при рабочем напряжении около 1,45 кВ. Электронные схемы, работающие с частотой до 100 МГц выполнены в блоках и помещены в каркас и снабжены стандартными блоками питания с напряжением +5,2 В и +12 В.

2. Линии задержки ЛЗ-55 служат для регулировки задержки сигналов на коаксиальном кабеле в пределах от 5 до 55 нсек с целью их согласования на схеме совпадений. Полезно знать, что на длине кабеля 1 м сигнал запаздывает на 5 нсек.

3. Формирователи Ф-102 преобразуют сигналы с детекторов в стандартные сигналы уровня NIM (-0,7 В) длительностью 15 нсек. Порог формирователей 250 мВ при входном сопротивлении 50 Ом.

4. Схема совпадений СС-102 (две схемы в одном блоке) вырабатывает сигнал при наличии импульсов на входе с разрешающим временем 30 нсек.

5. Пересчетный прибор ПП-102 имеет две семидекадные пересчетные скамьи и может работать как в режиме монтирования (остановка по достижении заданной суммы числа импульсов), так и в простом счетном режиме (остановка через заданное время). Назначение соответствующих входных разъемов и кнопок указано на передней панели.

6. К вспомогательным блокам следует отнести источник высоковольтного питания БВН-2. Выходное напряжение может регулироваться в пределах от 0,0 до 3,0 кВ при токе нагрузки до 2,5 мА.

Порядок выполнения работы

1. Собрать с помощью соединительных кабелей схему согласно рис. 2.1. длительность импульсов (5 или 15 нсек) установить в положение “15 нсек”. Кратность совпадений установить на первой схеме совпадений в положение “2”, на второй “1” (пропускание).

2. Расположить счетчики вплотную друг к другу при ориентации их чувствительных поверхностей в вертикальном направлении. Световоды должны быть разведены, чтобы исключить совпадения при регистрации черенковского излучения в оргстекле.

3. Подать питание на блоки электроники и на сцинтилляционные счетчики. Время установления режимов счетчиков 5-10 мин. Напряжение – 1,45 кВ.

4. Установить на линии задержки первого счетчика значение 25 нсек, с помощью кабеля длиной 5 м.

5. Снять кривую задержанных совпадений, варьируя задержку сигнала второго счетчика. Шаг измерений – 5 нсек. Время экспозиции в каждой точке определяется преподавателем в пределах от 1 до 5 мин.

Заносить получаемые на пересчетке числа в таблицу вместе с их погрешностями, определенными исходя из Пуассоновского распределения . Нанести точки с погрешностями на график, соединив их плавной кривой “от руки”.

Пример кривой дан на рис. 2.2.

Ширина кривой на полувысоте определяет временное разрешение.

6. Установить оптимальное значение задержки, соответствующее центру кривой задержанных совпадений.

7. Снять зависимость интенсивности вертикального излучения от расстояния между счетчиками. Шаг измерений 5 см в интервале от 0 до 25 см, время экспозиции 5–25 мин.

8. Построить полученную зависимость на графике, откладывая по оси абсцисс квадрат расстояния, а по оси ординат – интенсивность. Убедиться, что зависимость близка к линейной, т.к. телесный угол обратно пропорционален квадрату расстояния.

9. Измерить значения интенсивности при двух-трех значениях азимутального и полярного углов. Например, установить телескоп под углом θ=45° и провести измерения в направлениях Север, Юг, Восток и Запад. Расстояние между счетчиками должно быть 10 см.

10. Занести значения интенсивности в тетрадь и сделать вывод.

Контрольные вопросы

1. Источники и состав космического излучения.

2. Устройство и принцип работы сцинтилляционного счетчика.

3. Блок-схема установки.

Литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики: учеб. пособие в 5-ти кн. - М.: ООО Изд-во «Астрель»; ООО «Изд-во АСТ», 2002.

2. Трофимова Т.И. Курс физики: учеб. пособие.-7-е изд., стер. - М.: Высшая школа, 2003.

3. Ремизов А.Н. Курс физики: учебник для вузов. - М.: Дрофа, 2002.

4. Костко О.К. Физика для строительных и архитектурных вузов: учеб. пособие. - Ростов н/Д.: Феникс, 2004.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Атомная физика. Лабораторная работа № 2 стр. 3