физика все лабы / 340 / Лаб№340
.3.docЦель работы: исследование поглощения видимого света, рентгеновского и - излучения.
Краткое теоретическое обоснование:
Видимый свет, рентгеновское и - излучения являются электромагнитными волнами, отличаются частотой и энергией фотонов. Спектр электромагнитных волн с указанием частот, длин волн и энергии фотонов (квантов электромагнитного поля) дан на рис.1.
Частота, Гц
1023 1022 1021 1020 1019 1018 1017 1016 1015
1014 1013 1012 1011 1010 109 108 107 106 105 104 103
|
Длина волн, М |
Рис.1. Спектр электромагнитных волн.
Источники видимого света, рентгеновского и - излучения различны, например: 1) видимый свет испускается возбужденными атомами при переходе электронов во внешних атомов; 2) характерное рентгеновское излучение возникает в результате перестройки внутренних оболочек возбужденных атомов (возбуждение возникает при удалении электрона из внутренних оболочек атома); 3) - излучение сопровождает процессы перестройки внутри ядер и связано с выделением избытка энергии.
Электромагнитные волны разных частот обладают различными свойствами, в частности, неодинаковой способностью проходить через вещество. Имея общую природу, видимый 2 свет, рентгеновское и - излучение распространяются в вакууме со скоростью света; их фотоны имеют массу покоя, равную 0, волны могут быть представлены в виде магнитной и электромагнитной составляющей, которые с вектором скорости образуют тройку взаимно перпендикулярных векторов и т. д. Как показывает опыт, поглощение веществом электромагнитного излучения (любой частоты) подчиняется экспоненциальному закону Бугера – Ламберта – Бера.
Для выяснения количественной характеристики процесса поглощения рассмотрим его идеализированную схему (рис.2.)
Б
dx
Интенсивность
Толщина х Интенсивность излучения
I0
излучения I
Когда падающий коллимированный (параллельный) пучок монохромами-
ческого излучения интенсивностью I0 проходит через тонкий слой поглощающего вещества толщиной dx, то некоторые из фотонов поглощаются, что приводит к снижению интенсивности пучка.
Рис.2. Поглощение электромагнитного
Излучения веществом.
Очевидно, что поглощенный поток пропорционален I0 и dx, т.е. он равен лI0dx, где л – коэффициент пропорциональности, называемый линейным коэффициентом поглощения. Уменьшение интенсивности пучка dI равно
dI = - л I0 dx. (1)
л показывает относительную долю уменьшения интенсивности проходящего потока единицей толщины вещества
л = - (2)
Запишем выражение (I) в виде dI/I0 = - л dx, интегрирование которого дает закон поглощения:
,
или, потенцируя, получаем
I = I0 е-л х ,
где I0 – интенсивность падающего пучка; I – интенсивность пучка, проходящего через поглотитель толщиной х.
ЗАДАНИЕ 3. Поглощение рентгеновского излучения веществом.
Широко применяемое в технике рентгеновское излучение представляет собой кванты электромагнитного излучения ос энергиями 1 – 150 кэВ. По значениям энергии квантов рентгеновское излучение занимает промежуточное место между - излучением и видимым светом. Поглощение рентгеновского излучения веществом имеет много общего как с поглощением видимого света, так и с поглощением - излучения. Рентгеновское излучение, как правило, имеет сложный спектр, включающий сплошную часть и отдельные узкие пики.
При прохождении сквозь медную пластинку рентгеновское излучение вольфрама фильтруется и становится практически монохроматическим. Медь поглощает длинноволновое рентгеновское излучение и пропускает коротковолновое. При помощи двух отверстий в свинцовых экранах из излучения, прошедшего через медный фильтр, вырезается параллельный пучок (коллимированный). Такой пучок рентгеновского излучения используется в данном исследовании. Поглощение рентгеновского излучения веществом описывается соотношением (3). Рентгеновские кванты имеют более высокую проникающую способность, чем квант света, но меньшую, чем - кванты. Для рентгеновского излучения вводят л и m.
Поглощение квантов рентгеновского излучения происходит в результате единичных актов их взаимодействия с атомами вещества, и проявляются в уменьшении интенсивности пучка излучения по мере увеличения толщины слоя поглотителя. Механизмы актов взаимодействия атомов с квантами видимого света присущи и рентгеновскому излучению.
Цель работы – проверить закон Бугера – Ламберта – Бэра для поглощения рентгеновского излучения, определить коэффициент массового поглощения, толщину слоя половинного поглощения и энергию падающего на поглотитель рентгеновского излучения.
В задании используется: счетная установка с детектором рентгеновского излучения, весы, штангенциркуль, поглотитель – набор дисков из алюминия, железа, пластиков, свинца; источник рентгеновского излучения.
Формулы:
Ii = Iфi - Iф Ep = E
л = л Ep – энергия квантов рентгеновского излучения;
л = f() Е - энергия - квантов;
m = f() (х1/2) и (х1/2) - толщины слоев половинного поглощения соответственно для рентгеновского и - излучений данным материалом. Е =0,5 МэВ
Рис.3. Схема опыта для излучения рентгеновского излучения.
материал |
Х, мм |
I. 1/с |
Iср-Iф |
Ln(Io-Iф)/(Ii-Iф) |
µл |
∆µ |
(∆µ)^2 |
Винипласт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тектолит |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Алюминий |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Жесть |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T=
Io=
Iф=
САНКТ – ПЕТЕРБУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
КАФЕДРА ФИЗИКИ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №340/3
«Прохождение электромагнитного
излучения через вещество»
ВЫПОЛНИЛ :
ГРУППА :
ПРОВЕРИЛ :
Санкт – Петербург
2002г