- •Лабораторная работа № 1
- •Цель работы.
- •Принадлежности.
- •Формула линзы.
- •5. Оптические системы.
- •6. Аберрации.
- •7. Ход работы.
- •8. Контрольные вопросы.
- •9. Задачи по теме.
- •Лабораторная работа № 2
- •Изучение микроскопа и рефрактометра. Определение показателя преломления стеклянной пластинки и жидкости
- •Цель работы.
- •2. Микроскоп, его устройство.
- •3. Показатель преломления.
- •4. Рефрактометр.
- •5. Дисперсия света.
- •6. Ход работы
- •7. Контрольные вопросы.
- •8. Задачи по теме.
- •Лабораторная работа № 3
- •Определение радиуса кривизны стеклянной линзы по кольцам Ньютона
- •Цель работы.
- •3. Необходимые предварительные знания.
- •4. Кольца Ньютона
- •5. Интерференция в тонком клине.
- •6. Ход работы.
- •7. Обработка экспериментальных данных.
- •8. Контрольные вопросы.
- •9. Задачи по теме.
- •Лабораторная работа № 4
- •Изучение интерференции света в плоскопараллельной пластине. Определение показателя преломления пластины
- •1. Цель работы.
- •2. Введение в волновую оптику.
- •3. Методы наблюдения интерференции
- •4. Когерентность.
- •5 . Интерференция света от плоскопараллельной пластинки.
- •6. Ход работы.
- •7. Обработка результатов.
- •Лабораторная работа № 5
- •Изучение дифракции света на одной щели
- •1. Цель работы.
- •2. Принцип Гюйгенса-Френеля.
- •3. Дифракции света на щели.
- •4. Ход работы.
- •5. Обработка результатов.
- •6. Контрольные вопросы
- •7. Задачи по теме.
- •Лабораторная работа № 6
- •Определение характеристик лазерного диска по дифракционной картине
- •1. Цель работы.
- •2. Двоичная система исчисления.
- •3. Принцип записи и хранения информации на cd.
- •4. Лазерная головка.
- •5. Лазерная запись.
- •6. Теория метода измерения плотности записи.
- •7. Методика проведения измерений.
- •8. Ход работы.
- •9. Контрольные вопросы.
- •10. Задачи по теме.
- •Лабораторная работа № 7
- •Определение показателя преломления призмы с помощью оптического гониометра
- •1. Цель работы.
- •2. Назначение гониометра и принцип его работы.
- •3. Назначение и принцип действия коллиматора.
- •4. Назначение и принцип работы зрительной трубы.
- •5 . Работа коллиматора совместно со зрительной трубой.
- •6. Назначение и принцип работы автоколлиматора.
- •7. Методика измерения углов на гониометре.
- •8. Измерение углов призмы методом отражения.
- •9. Автоколлимационный метод измерения углов призмы.
- •1 0. Устройство гониометра.
- •11. Правила снятия отсчёта на гониометре.
- •12. Подготовка гониометра к работе.
- •13. Порядок проведения измерений и оформления результатов.
- •14. Контрольные вопросы.
- •Лабораторная работа № 8
- •Изучение вращения плоскости поляризации оптически активных жидкостей с помощью сахариметра
- •1. Цель работы.
- •2. Поляризация.
- •3. Описание установки.
- •4. Примеры отсчета показаний по нониусу.
- •5. Правила пользования поляриметрическими кюветами.
- •6. Ход работы.
- •7. Контрольные вопросы.
- •Лабораторная работа № 9
- •Исследование явления Фарадея и определение постоянной Верде для водного раствора сахара
- •1. Цель работы.
- •2. Явление поляризации.
- •3. Ход работы.
- •4. Контрольные вопросы.
- •5. Задачи по теме.
- •Лабораторная работа № 10
- •Калибровка монохроматора. Изучение спектров испускания Hg и Na
- •Цель работы.
- •Понятие «спектральный анализ», классификация его типов.
- •Виды спектров испускания.
- •4. Спектр атома водорода.
- •5. Постулаты Бора.
- •6. Калибровка монохроматора.
- •Определение длин волн спектра натрия.
- •8. Контрольные вопросы.
- •9. Задачи по теме.
- •Лабораторная работа № 11
- •Изучение спектров поглощения интерференционных светофильтров с помощью спектрофотометра
- •1. Цель работы.
- •2. Основные характеристики светофильтров.
- •3. Устройство интерференционного светофильтра.
- •4. Спектральные приборы.
- •5. Оптическая схема и принцип работы спектрофотометра.
- •6. Ход работы.
- •7. Содержание отчета.
- •8. Контрольные вопросы.
- •Лабораторная работа № 12
- •Определение концентрации растворов с помощью кфк
- •1. Цель работы.
- •2. Назначение и технические данные.
- •3. Принцип действия.
- •4. Порядок действий при определении концентрации вещества в растворе.
- •5. Ход работы.
- •5.Контрольные вопросы.
- •Лабораторная работа № 13
- •1. Цель работы.
- •9. Контрольные вопросы.
- •10. Задачи по теме.
- •2. Доза ионизирующего излучения и единицы измерения.
- •3. Дозиметрические приборы.
- •4. Газонаполненные детекторы.
- •5. Контрольные вопросы.
- •Лабораторная работа № 15
- •Определение температуры черного тела при помощи пирометра
- •1.Цель работы.
- •2. Определение и назначение пирометра.
- •3. Классификация пирометров.
- •4. Применение пирометров.
- •5. Принцип действия пирометров.
- •8. Контрольные вопросы.
- •9. Задачи по теме.
Лабораторная работа № 13
____________________________________________________________________________________________
Определение поглощения ионизирующего излучения веществом
1. Цель работы.
Изучение свойств ионизирующих излучений. Исследование зависимости изменения интенсивности излучения с ростом толщины поглотителя. Определение коэффициентов ослабления излучения для различных веществ. Определение величины максимальной энергии излучения.
2. Виды радиоактивных излучений.
Радиоактивное излучение бывает трех типов: α-, β- и γ-излучение. Первое – α-излучение представляет собой поток ядер гелия, отклоняется магнитными и электрическими полями, обладает высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью.
Второе – β-излучение представляет собой поток быстрых электронов, отклоняется магнитными и электрическими полями, ионизирующая способность значительно меньше (примерно на 2 порядка), а проникающая способность гораздо больше, чем у α-лучей.
Третье – γ-излучение представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение с очень малой длиной волны, обладает ярко выраженными корпускулярными свойствами, т.е. является потоком частиц – γ-квантов (фотонов). Не отклоняется магнитными и электрическими полями, ионизирующая способность относительно мала, а проникающая способность очень велика (проходит через слой свинца толщиной 5 см), при прохождении через кристаллы обнаруживает дифракцию.
3. Методы определения величины максимальной энергии -частицы.
В настоящей задаче проводится исследование поглощения - и -лучей веществом, измерение величины коэффициента ослабления -лучей и определение верхней границы -спектра данного элемента; - и -лучи, испускаемые радиоактивным веществом, обладают различной проникающей и ионизирующей способностью, что определяется различием в механизмах их взаимодействия с веществом. Механизм ослабления -лучей (быстрых электронов, испускаемых ядрами радиоактивных элементов) существенно зависит от их энергии. Исследования распределения -частиц по энергиям по методу отклонения их в магнитном поле показали, что они обладают сплошным спектром, т.е. что они испускаются со всевозможными энергиями, начиная от нулевой и кончая некоторой максимальной для данного радиоактивного элемента энергией Wm, которая представляет собой верхнюю границу -спектра данного элемента. Типичное распределение -частиц по энергиям показано на рис.13.1, где по горизонтальной оси отложена величина энергии электрона W, а по вертикальной число -частиц N, обладающих определённым значением энергии.
К ак показали исследования, такое распределение -электронов имеет место не только в случае естественно-радиоактивных изотопов, но также и у всех искусственно получаемых -радиоактивных изотопов. Значения максимальной энергии -частиц у разных изотопов различны, они лежат в весьма широких пределах от 15 кэВ до 15 МэВ, являясь характерными для каждого изотопа. Ослабление пучка -частиц связано с потерями энергии при прохождении их через вещество. При больших энергиях -частиц основным механизмом потерь их энергии является тормозное излучение (радиационные потери). При малой энергии потери определяются главным образом расходом энергии на ионизацию вещества. При достаточной энергии -частиц в веществе может развиваться каскадный ливень, сопровождающийся образованием пар электрон-позитрон, вторичных фотонов и электронов.
Так как достаточно точных формул, выражающих зависимость пробега частиц от энергии, нет, для характеристики -спектра пользуются экспериментально полученными данными.
Рассмотрим два метода определения величины максимальной энергии -частицы. Первый метод – метод поглощения их в металле – заключается в том, что при некоторой толщине Um поглотителя наступает полное поглощение -частиц. Величина dm, называемая пробегом частицы с максимальной энергией Wm, связана определенным соотношением со значением этой энергии. Для случая поглощения в алюминии при величинах энергии -частиц, превышающих 0,8 МэВ, хорошо оправдывается соотношение Фезера:
, (13.1)
где dm – толщина поглотителя (измеряемая в см), полностью поглощающего -частицы, – плотность алюминия в г/см3; Wm – максимальная энергия в МэВ.
Формулой (13.1) приближенно можно пользоваться только для меди. Регистрацию -излучения можно производить счетчиком Гейгера-Мюллера.
Д ля экспериментального определения Wm между источником -излучения и счетчиком Гейгера Мюллера помещают алюминиевые или медные пластинки различной толщины. По мере увеличения толщины слоя алюминия скорость счета частиц n уменьшается и при больших толщинах приближается к скорости счета фона nф. Так как фон создается в основном космическими лучами и -лучами, сопровождающими -излучение, поглощение которых в алюминии и меди мало, то их активность в условиях данного опыта остается практически постоянной (т. е. nф = const). Связь между скоростью счета частиц n и толщиной слоя поглотителя dm изображается следующей кривой поглощения -частиц (рис.13.2). По кривой можно определить величину dm, а затем по формуле (13.1) величину максимальной энергии Wm. Недостатком метода полного поглощения является то, что он не дает возможности с большой точностью определить точку пересечения кривой поглощения с уровнем фона, поскольку число электронов, обладающих максимальной энергией, мало, а фон достаточно велик.
Второй метод определения верхней границы -спектра известен под названием метода половинного поглощения. В этом случае производят измерение толщины слоя половинного поглощения d2k, представляющей собой толщину слоя, при прохождении которой интенсивность -излучения уменьшается вдвое. Для этого определяют толщину слоев алюминия, ослабляющего излучения в 2, 22, 23 ... 2k раз.
Наиболее точное исследование энергетического спектра -частиц производится путем наблюдения движения их в магнитных полях с помощью специальных и довольно сложных приборов (-спектрометров). Исследование -спектров имеет важное значение для определения характеристик атомных ядер, изучения ядерных процессов и т. д.
4. Экспериментальное определение коэффициента ослабления излучения.
Гамма-лучи представляют собой короткие электромагнитные волны с длиной волны 10-11 – 10-13 м, испускаемые возбужденными атомными ядрами Обычно -излучение сопровождает - и -распад ядер. При прохождении через вещество интенсивность -излучения постепенно спадает вследствие поглощения и рассеяния. Важнейшими процессами, приводящими к ослаблению -пучка при прохождении через вещество, являются фотоэффект, эффект Комптона и образование пар позитрон – электрон (W > 1,02 MэВ). Вследствие пропорциональности спада интенсивности -пучка толщине пройденного слоя вещества ослабление пучка будет происходить по закону:
(13.2)
где I0 – интенсивность -излучения до взаимодействия с веществом; I – интенсивность пучка после прохождения слоя вещества толщиной d; – коэффициент ослабления излучения, зависящий от длины волны -излучения и атомного номера поглощающего вещества.
Коэффициент ослабления можно определить экспериментально, если воспользоваться соотношением (13.2), измерив интенсивность пучка при прохождении слоев вещества различной толщины. Для определения интенсивности -излучения можно воспользоваться счетчиков Гейгера-Мюллера, который регистрирует вторичные электроны, вызванные взаимодействием -лучей с веществом счетчика. При этом число сосчитанных счетчиком импульсов (n) за один и тот же промежуток времени будет пропорционально интенсивности -излучения. Вследствие этого для числа сосчитанных счетчиком импульсов после прохождения -лучом двух слоёв вещества толщиной d1; d2 можно написать отношения:
, ,
где nо – число сосчитанных счетчиком импульсов при прохождении через него ослабленного -пучка. Из этих соотношений легко получить расчетную формулу для определения коэффициента ослабления -лучей:
. (13.3)
Таким образом, определение коэффициента поглощения -лучей практически сводится к счету импульсов в счетчике, соответствующих различным толщинам экранов.
7. Ход работы.
1. Снять значения числа импульсов в зависимости от расстояния между источником и приемником излучения. Поглотителем служит воздух. Расстояние изменяется от 0 до 100 мм с шагом 5 мм.
2. Для каждой пластины измерить ее толщину и определить число импульсов, располагая приемник на расстоянии, соответствующем толщине пластины.
3. Этот пункт делается в том случае, если в ходе выполнения лабораторной работы выдается несколько медных пластин. Определить частоту импульсов и т.д., добавляя последовательно по одной медные пластины.
Результаты измерений занести в таблицу 13.1.
Таблица 13.1
Воздух |
Толщина слоя d, мм |
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
45 |
50 |
55 |
60 |
65 |
70 |
75 |
80 |
85 |
|||||||||
Частота счета n, кГц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Поглотитель |
|||||||||||||||||||||||||||
медь |
алюминий |
древесина |
текстолит |
||||||||||||||||||||||||
d2, мм |
n, кГц |
d2, мм |
n, кГц |
d2, мм |
n, кГц |
d2, мм |
n, кГц |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
8. Содержание отчета.
Построить график для значений, когда поглотителем служит воздух. По оси абсцисс откладывают расстояние от источника радиоактивного излучения до приемника в мм, по оси ординат – частоту счета импульсов в кГц. По графику определить фон nф. Определить максимальную толщину воздуха. Сделать вывод о характере изменения интенсивности с ростом толщины поглотителя (подтверждается ли экспоненциальный з изменения интенсивности излучения?).
По формуле (13.3) рассчитать коэффициент поглощения для всех исследуемых веществ, полагая, что (м), и для данной толщины взять из таблицы значение числа импульсов (поглотитель – воздух, Гц).
Пересчитать, составив пропорцию, коэффициенты поглощения на единицу толщины (например, dn= 1 см). Построить гистограмму поглощения. Для этого по горизонтали отмеряют равные отрезки, соответствующие одинаковой толщине поглощающего слоя, а по вертикали откладывают коэффициенты поглощения для каждого вещества соответственно.
Этот пункт делается в том случае, если преподаватель в ходе выполнения лабораторной работы выдавал несколько медных пластин. Построить график для значений, когда поглотителем служит медь. По полученной кривой определить максимальную толщину слоя поглотителя dm. Зная величину слоя поглотителя и плотность , определить по формуле (13.1) значение Wm для данного вещества.
.
Определить по формуле (13.1) значение W для данной толщины медной и алюминиевой пластин.
.
Сделать вывод по работе.