Описание установки и метода измерения

Схема установки приведена на рисунке 7.2. Основной частью установки является «космический телескоп» (КТ). В верхнем 1 и в нижнем 2 блоках КТ находятся счетчики Гейгера-Мюллера, вырабатывающие кратковременные электрические импульсы при прохождении сквозь них ионизирующих частиц. Счетчики подключены так, что импульс вырабатывается только при последовательном прохождении частицей верхнего и нижнего блока, что позволяет регистрировать лишь частицы, движущиеся вдоль выбранного направленияАО. Выбор угла направления, то есть зенитного угла, производится поворотом рамы, на которой укреплены верхний и нижний блоки КТ, относительно горизонтальной осиО. Рама фиксируется в выбранном положении защелкой, зенитный уголопределяется по круговой шкале 3. Если рама расположена вертикально (=0), то между верхним и нижним блоками КТ можно размещать свинцовые пластины 4 для отсекания мягкой компоненты космического излучения. Общей толщины даже всех девяти пластин недостаточно для поглощения жесткой компоненты, и она будет регистрироваться телескопом в любом случае.

КТ подключен к блоку управления и индикации (БУИ), который вырабатывает питающее напряжение для счетчиков, а также ведет подсчет импульсов в течение некоторого временного интервала, длительность которого можно изменять. На передней панели БУИ имеется цифровое табло времени измерения и числа зарегистрированных импульсов, а также управляющие работой БУИ кнопки: «УСТАНОВКА» - включение и выключение режима установки длительности измерения; «–» и «+» - уменьшение и увеличение длительности измерения; «ПУСК-СТОП» - включение и остановка (без сброса показаний) режима счета импульсов; «СБРОС» - обнуление показаний цифрового табло.

Порядок выполнения работы и обработки результатов измерений

Упражнение 1. Сравнение интенсивностей жесткой и мягкой компонент вторичного космического излучения.

1. Тумблером «СЕТЬ» включить установку и дать ей прогреться в течение 5 мин. Нажать на БУИ кнопку «УСТАНОВКА» и кнопками «–» и «+» установить согласованную с преподавателем длительность измерения tот 5 мин (300 с) до 10 мин (600 с). Повторным нажатием кнопки «УСТАНОВКА» отключить соответствующий режим.

2. Измерить общее число N_ОБЩчастиц вторичного излучения, падающих на КТ вертикально за установленное времяt. Это число пропорционально суммарной интенсивности мягкой и жесткой компонент космического излучения

N_ОБЩ = (I_Ж + I_М)·S·t, (7.4)

где S– площадь, на которой регистрируются частицы.

Для этого установить раму КТ вертикально, и сдвинуть свинцовые пластины с пути лучей, чтобы КТ регистрировал и жесткую и мягкую компоненты. Нажать кнопки «СБРОС» и «ПУСК», дождаться окончания счета импульсов и записать подсчитанное число частиц в таблицу 7.1. По согласованию с преподавателем для повышения точности проделать это измерение еще один или два раза.

3. Поставить на пути лучей все девять свинцовых пластин. Они полностью задержат мягкую компоненту, но пропустят жесткую компоненту. Аналогично пункту 2 подсчитать число N_Жчастиц жесткой компоненты, пропорциональное ее интенсивности

N_Ж = I_Ж·S·t. (7.5)

Таблица 7.1 – Общее число частиц и число частиц жесткой компоненты

измеряемая величина	номер измерения
	1	2	3
NОБЩ
NЖ

4. Рассчитать и записать в таблицу средние значения общего числа частиц и числа частиц и жесткой компоненты, а также оценить абсолютные погрешности измерений числа импульсов, которые в соответствии с теорией вероятностей находятся по формуле

. (7.6)

5. Найти усредненное значение числа частиц мягкой компоненты

, (7.7)

которое пропорционально интенсивности мягкой компоненты

N_М = I_М·S·t.

6. Оценить отношение интенсивностей мягкой и жесткой компонент вторичного космического излучения. Для этого использовать следующую из соотношений (7.5) и (7.7) формулу

. (7.8)

Упражнение 2. Изучение угловой зависимости интенсивности вторичного космического излучения.

1. Проделать измерения по пунктам 1 и 2 упражнения 1 для зенитных углов 0, 30º, 45º, 60º, 90º. Свинцовые пластины при этом должны быть убраны с пути лучей, чтобы регистрировалось полное число частиц, пропорциональное общей интенсивности вторичного космического излучения. Результаты занести в таблицу 7.2.

Таблица 7.2 – Угловая зависимость числа частиц космического излучения

угол Θ	cos2Θ	N			< N >	Δ N	< NКОРР >
		1	2	3
0
30º
…
90º

2. Как следует из формулы (7.3), при горизонтальном положении КТ (Θ = 90º) интенсивность космических лучей должна быть равна нулю. Если в эксперименте при Θ = 90º число зарегистрированных частиц не равно нулю, то это связано с регистрацией частиц, возникающих при взаимодействии космических лучей со стенами здания. Эти частицы учитывать при изучении углового распределения лучей не надо, поэтому из величин для всех углов нужно вычесть значениеи скорректированное значение занести в таблицу 7.2

. (7.9)

3. Построить график зависимости < N_КОРР > отcos²Θ. По виду этого графика сделать вывод о справедливости формулы (7.3).