Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лаб атом.doc
Скачиваний:
5
Добавлен:
21.02.2016
Размер:
1.54 Mб
Скачать

Описание лабораторной установки

Для выполнения работы используется лабораторная установка, блок-схема которой показана на рисунке

2

1

3

5

4

6

Люминесцентный диск (1) помещен в черный ящик (2) и освещается видимым светом от источника со светофильтрами. Температурные измерения проводятся, помещая диск с люминофором в нагревательную печь (3), питание которой осуществляется от источника тока (4). Температура измеряется при помощи термопары (5) и милливольтметра (6) с использованием градуировочнго графика.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Проверка закона Стокса.

  1. Установить красный светофильтр перед осветителем.

  2. Осветить люминесцентный диск.

  3. Выключить осветитель, наблюдать наличие свечения люминофора.

  4. Заменить красный светофильтр на желтый (зеленый, синий, фиолетовый), повторить опыты (пункты 2, 3) и убедиться в выполнении закона Стокса.

опыта

Цвет

светофильтра

Наличие свечения

1

2

3

4

5

Красный

Желтый

Зеленый

Синий

Фиолетовый

Задание 2. Определение температуры тушения фотолюминесценции.

  1. Установив фиолетовый светофильтр, осветить люминесцентный диск и, выключив источник света, убедиться в наличие свечения.

  2. Включить нагревательную печь для нагрева люминофора.

  3. Перекрывая периодически световой поток, установить момент, когда люминесценция исчезнет. Зафиксировать в этот момент величину термоэдс по милливольтметру.

  4. Используя градуировочный график, определить температуру тушения фотолюминесценции.

Контрольные вопросы

  1. Что называется люминесценцией, ее виды.

  2. Механизм возбуждения люминесценции.

  3. Закон Стокса и его объяснения на основе квантовой теории.

  4. Что такое антистоксовая люминесценция? Когда она возникает?

  5. Что такое энергетический и квантовый выход фотолюминесценции?

  6. Закон Вавилова С. И.

  7. Объяснить температурное тушение люминесценции.

  8. Применение люминесцентного анализа.

Литература

1. Б.М. Яворский, А.А. Детлаф Курс физики, т. 3.

2. И.В. Савельев Курс общей физики, т. 3.

3. А.С. Шубин Курс общей физики

4. Р.И. Грабовский Курс физики

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СЧЕТЧИКА

ГЕЙГЕРА – МЮЛЛЕРА ПРИ РЕГИСТРАЦИИ - ЛУЧЕЙ

Цель работы: изучение работы счетчика Гейгера – Мюллера.

Задачи работы: определить эффективность счетчика Гейгера – Мюллера при регистрации излучения.

Приборы и принадлежности: счетчик Гейгера – Мюллера, свинцовый домик с радиоактивным препаратом (СО60 ), линейка с передвижным держателем.

Теоретическое введение

Для регистрации и измерения ядерных излучений применяют самые разнообразные приборы такие, как газоразрядные счетчики Гейгера – Мюллера, сцинтилляционные счетчики, камеры Вильсона, пузырьковые камеры, черенковские счетчики. Разработаны различного вида твердые полупроводниковые и другие детекторы ядерных излучений.

Наиболее широкое применение в различных областях науки и техники нашли счетчики Гейгера – Мюллера и сцинтилляционные счетчики. Широкое применение счетчика Гейгера – Мюллера объясняется высокой чувствительностью, возможностью регистрировать разного рода излучения, сравнительной простотой и дешевизной установки. Счетчик был изобретен в 1908 году Гейгером и усовершенствован Мюллером.

Цилиндрический счетчик Гейгера – Мюллера состоит из металлической трубки или металлизированной изнутри стеклянной трубки и тонкой металлической нити, натянутой по оси цилиндра. Нить служит анодом, трубка – катодом. Трубка заполняется разреженным газом, в большинстве случаев используют благородные газы аргон и неон. Между катодом и анодом создается напряжение порядка 1500 В.

Анод

- +

Катод

R

К регистрирующему устройству

Работа счетчика основана на ударной ионизации. Гамма – кванты, испускаемые радиоактивным изотопом, попадая на стенки счетчика, выбивают из него электроны. Электроны, двигаясь в газе и сталкиваясь с атомами газа, выбивают из атомов электроны и создают положительные ионы и свободные электроны. Электрическое поле между катодом и анодом ускоряет электроны до энергий, при которых начинается ударная ионизация. Возникает лавина ионов, и ток через счетчик резко возрастает. При этом на сопротивлении R образуется импульс напряжения, который подается в регистрирующее устройство. Чтобы счетчик смог регистрировать следующую попавшую в него частицу, лавинный заряд нужно погасить. Это происходит автоматически. В момент появления импульса тока на сопротивлении R возникает большое падение напряжения, поэтому напряжение между анодом и катодом резко уменьшается и настолько, что разряд прекращается, и счетчик снова готов к работе.

Важной характеристикой счетчика является его эффективность. Не все -фотоны, попавшие на счетчик, дадут вторичные электроны и будут зарегистрированы, так как акты взаимодействия- лучей с веществом сравнительно редки, и часть вторичных электронов поглощается в стенках прибора, не достигнув газового объема.

Отношение числа фотонов N , зарегистрированных счетчиком, к числу фотонов N0, попавших на счетчик, называется эффективностью счетчика к - излучению:

= (1)

Эффективность счетчика зависит от толщины стенок счетчика, их материала и энергии - излучения. Наибольшей эффективностью обладают счетчики, стенки которых сделаны из материала с большим атомным номером Z , так как при этом увеличивается образование вторичных электронов. Кроме того, стенки счетчика должны быть достаточно толстыми. Толщина стенки счетчика выбирается из условия ее равенства длине свободного пробега вторичных электронов в материале стенки. При большой толщине стенки вторичные электроны не пройдут в рабочий объем счетчика и возникновение импульса тока не произойдет . Так как-излучение слабо взаимодействует с веществом, то обычно эффективность- счетчиков также мала и составляет всего 1-2 %. Другим недостатком счетчика Гейгера – Мюллера является то, что он не дает возможность идентифицировать частицы и определять их энергию. Эти недостатки отсутствуют в сцинтилляционных счетчиках.

Число фотонов n ,зарегистрированных счетчиком в единицу времени, прямо пропорционально числу фотонов n0 , падающих в единицу времени на счетчик, и эффективности счетчика:

(2)

Число фотонов n0 и n пропорционально активности А изотопа и числу фотонов, испускаемых при распаде одного ядра (q ) :

n=А q (3)

n = A q , (4)

где - коэффициент пропорциональности, введенный в связи с тем, что не все- фотоны, испускаемые радиоактивным изотопом, перехватываются счетчиком.

, (5)

где - телесный угол, под которым виден счетчик из точечного препарата.

Полный телесный угол .

Нетрудно убедиться, что , (6)

где S – продольное сечение счетчика;

l - длина катода счетчика ;

d - диаметр катода счетчика ;

r - расстояние между радиоактивным препаратом и счетчиком.

Из уравнения (4) выразим эффективность :

=

и , подставив сюда выражения (5) и (6), получим:

(7)

Положим в формуле (7) q = 2, так как у каждый акт распада ядра сопровождается испусканием двух квантов с близкими энергиями. Тогда формула (7) перепишется:

(8)

При выполнении работы необходимо учесть радиоактивный фон, который обусловлен космическим излучением, - квантами от соседних источников и т. д..

- это число фотонов, зарегистрированных счетчиком в отсутствие радиоактивного препарата в единицу времени.

Тогда расчетная формула с учетом фона запишется в виде:

. (9)

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]