МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Физический факультет

Лаборатория методов измерений

Топорков Григорий Алексеевич

ОТЧЁТ

о лабораторной работе

«Измерение энергии образования ион-электронной пары α-частицами в воздухе»

Измерительный практикум, 1 курс, группа 0361

Преподаватель измерительного практикума

______________ А.В.Пинаев

“___”________ 2010 г.

Преподаватель компьютерного практикума

______________Н.А.Витюгова

“___”________ 2010 г.

Новосибирск, 2010 г.

Аннотация. В работе измерена энергия образования α-частицами ион-электронной пары в ионизационной камере с воздухом, оценены случайные ошибки измерений и частично исследована вольтамперная характеристика ионизационной камеры с источником α-частиц.

Введение

В результате распада радиоактивных ядер ²³⁹Pu образуются α-частицы с кинетической энергией около 5 МэВ. Этой энергии достаточно, чтобы вдоль своей траектории частица образовала порядка ион-электронных пар (для получения каждой каждой пары требуется около 14 эВ). Часть энергии теряется также на взаимодействия с молекулами, поэтому число пар меньше. Если процесс происходит между электродами, создающими электрическое поле достаточно большой напряжённости, полученные заряженные частицы притягиваются к этим электродам и создают ток. Заряд полученных частиц Кл.

1. Описание эксперимента

   1. Методика измерений

Измеряется ток из ионизированных атомов и электронов, образованных α-частицами в ионизационной камере. Источник α-частиц представляет собой алюминиевый диск с углублением, в котором находится изотоп плутония-239. Используемый в работе источник α-частиц активностью 8000 распадов в секунду излучает частицы трёх разных энергий:

• 75,3% — 5,157 МэВ

• 15,2% — 5,145 МэВ

• 11,5% — 5,107 МэВ

поэтому при вычислениях учитывается средневзвешенное значение энергии частицы.

2. Описание установки

Рисунок 1. Схема установки.

Установка состоит из источника напряжения и ионизационной камеры, ток в которой измеряется электрометром В7-30. Длина полного поглощения α-частицы в воздухе 3,5 см. Поэтому расстояние между стенками камеры — 5 см — выбрано так, чтобы α-частицы тратили всю свою энергию до того как достигнут электродов. В таком случае ток в камере зависит только от количества частиц. Если в камере нет α-источника, через неё проходит ток утечки.

3. Результаты измерений

Зависимость тока в камере от напряжения источника показана в таблице 1 и на графике (Рисунок 2)

Таблица 1 Вольтамперная характеристика ионизационной камеры

U, В	I,	Iутечки камеры,
20	0,057±0,005	0,002±0,002
40	0,078±0,006	0,002±0,002
60	0,086±0,006	0,002±0,002
80	0,090±0,007	0,002±0,002
100	0,091±0,007	0,002±0,002
120	0,091±0,007	0,002±0,002
140	0,092±0,007	0,002±0,002
160	0,092±0,007	0,002±0,002
180	0,095±0,007	0,002±0,002
200	0,096±0,007	0,002±0,002
220	0,096±0,007	0,002±0,002
240	0,096±0,007	0,002±0,002
260	0,096±0,007	0,002±0,002
280	0,094±0,007	0,002±0,002
300	0,097±0,007	0,002±0,002
320	0,096±0,007	0,002±0,002
340	0,096±0,007	0,002±0,002
360	0,096±0,007	0,002±0,002

Рисунок 2. Вольтамперная характеристика ионизационной камеры.

2. Анализ результатов

   1. Обработка результатов

Среднее (средневзвешенное) значение энергии α-частицы

Ток насыщения

Зная, что , где e – заряд электрона, n – количество ионизованных молекул, найдём искомую энергию ионизации:

N – интенсивность источника, E – энергия одной α-частицы.

Можно найти приблизительное количество ион-электронных пар, образующихся в камере за секунду:

2. Оценка погрешностей

Погрешность В7-30 при измерении токов вычисляется по формуле , где Ix – измеренная величина, а D – единица младшего разряда на дисплее прибора.

Погрешность энергии образования пары вычисляется по формуле

.

То есть

3. Обсуждение полученных результатов

Энергия ионизации должна быть примерно в два раза больше. Вероятно, при обработке результатов измерения не учтена методическая ошибка. Не удалось пронаблюдать увеличение тока в камере из-за пробойных явлений — для этого напряжение источника должно быть больше, чем он может выдавать.

4. Выводы и заключение

Энергия, необходимая для образования одной ион-электронной пары измерена, но результат неправильный, хотя близок к нему. Вольтамперная характеристика камеры с α-источником исследована для небольших напряжений.

Литература

1. Б.А. Князев, В.С. Черкасский, Начала обработки экспериментальных данных. Новосибирск: НГУ, 1993, 35с.

2. Описание лабораторных работ по физике. Измерительных практикум. Часть 2. Новосибирск: Изд-во, НГУ, 1999.

Оглавление

1.1Методика измерений 2

1.2Описание установки 2

2

1.3Результаты измерений 3

2.1Обработка результатов 4

2.2Оценка погрешностей 5