Иондаушы бөлшектерді тіркеу тәсілдері курстық жұмыс
МАЗМҰНЫ - www.topreferat.com.kz
:
Кіріспе -------------------------------------------------------------------------------------------3
І-тарау. Газды ионизациялық детекторлар ---------------------------------------------4
1.1. Детекторлардың негізгі түрі -----------------------------------------------------------4
1.2. Газдық күшейткішсіз ионизациялық тіркеу әдістері -----------------------------5
1.2.1. Газдардағы электрондар мен иондардың қозғалысы ---------------------------5
1.2.2. Сыртқы электр өрісінде орналасқан газдардағы электрондар мен
иондардың қозғалысы ----------------------------------------------------------------10
ІІ-тарау. Иондаушы бөлшектерді тіркеу тәсілдері -----------------------------------15
2.1. Күшейткішті ионизациялық санауыштар ------------------------------------------15
2.2. Ионизациялық камералар -------------------------------------------------------------22
ІІІ-тарау. Газ разрядты санауыштар және олардың көмегімен радиациялық сәулелерді тіркеу -----------------------------------------------------------------------------29
3.1. Өздігінен өшпейтін санауыштар ----------------------------------------------------29
3.2. Өздігінен өшетін санауыштар --------------------------------------------------------21
3.3. Иондаушы бөлшектер индикаторының жұмыс істеу принципі ---------------38
3.4. Ғарыштық сәуленің жұмсақ компонентасының интенсивтілігін
анықтау (эксперимент)----------------------------------------------------------------41
Қорытынды ----------------------------------------------------------------------------------43
Пайдаланылған әдебиеттер -------------------------------------------------------------44
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Жұмыс көлемі: 43 бет
Пәні: Физика
-----------------------------------------------------------------------------------
КУРСТЫҚ ЖҰМЫСТЫҢ ҚЫСҚАРТЫЛҒАН МӘТІНІ
Мазмұны:
Кіріспе -------------------------------------------------------------------------------------------3
І-тарау. Газды ионизациялық детекторлар ---------------------------------------------4
1.1. Детекторлардың негізгі түрі -----------------------------------------------------------4
1.2. Газдық күшейткішсіз ионизациялық тіркеу әдістері -----------------------------5
1.2.1. Газдардағы электрондар мен иондардың қозғалысы ---------------------------5
1.2.2. Сыртқы электр өрісінде орналасқан газдардағы электрондар мен
иондардың қозғалысы ----------------------------------------------------------------10
ІІ-тарау. Иондаушы бөлшектерді тіркеу тәсілдері -----------------------------------15
2.1. Күшейткішті ионизациялық санауыштар ------------------------------------------15
2.2. Ионизациялық камералар -------------------------------------------------------------22
ІІІ-тарау. Газ разрядты санауыштар және олардың көмегімен радиациялық
3.1. Өздігінен өшпейтін санауыштар ----------------------------------------------------29
3.2. Өздігінен өшетін санауыштар --------------------------------------------------------21
3.3. Иондаушы бөлшектер индикаторының жұмыс істеу принципі ---------------38
3.4. Ғарыштық сәуленің жұмсақ компонентасының интенсивтілігін
анықтау (эксперимент)----------------------------------------------------------------41
Қорытынды ----------------------------------------------------------------------------------43
Пайдаланылған әдебиеттер -------------------------------------------------------------44
Кіріспе.
Қазіргі кезде иондаушы бөлшектердің бақылау және тіркеу үшін
Зерттеу обьектісі екінші реттік ғарыштық сәулелер. Индикатордан
Жұмыстың мақсаты иондаушы бөлшектердің әсерінен туындайтын газдағы
разрядтарды тіркеу арқылы ғарыштық сәулелердің құрамын және
интенсивтіліктерін анықтау.
І-тарау. Газды ионизациялық детекторлар.
1.1. Детекторлардың негізгі түрі.
Зарядталған бөлшектердің газдарда өтуі нәтижесінде электрондар мен иондар
Барлық газды ионизациялық детекторлар конденсаторлар түрінде болып келеді,
Тіркеудің иондық әдістері конденсатордың газдық қуысынан өту кезінде
Спектрометрлік өлшеулерде орташа энергия мен бөлшек энергиясы арасындағы
Өте қызық тағы бір жайт- иондық жұптарды түзуге
1.1-кесте. Ион жұптарына айналуға қажетті энергия , эв
Бөлшектер Газ
Ауа Н2 Не Ν2 О2 Ar CH4 C2H4
α-бөлшек
пратон/р
электрон/р 35,0
33,3
35,0 36,0
35,3
38,0 30,2
29,2
32,5 36,0
33,6
35,8 32,2
31,5
32,2 25,8
25,5
27,0 29,0
-
- 27,0
-
-
1.2. Газдық күшейткішсіз ионизациялық тіркеу әдістері.
1.2.1. Газдардағы электрондар мен иондардың қозғалысы .
Бөлшектердің энергиясын нақты өлшеу үшін барлық түзілген электрондар
мен иондар камераның электродтарына жетуі қажет. Соңғысы әрқашан
аса бермейді, өйткені электрондар мен иондар электр кернеулігі
1.1-сурет
Вольт-амперлік сипаттамада ток тұрақты болатын аймақтың ұзындығы камераны
Электрондар мен иондардың диффузиясы. Электрондар мен иондар, газдың
(1.1)
Диффузия коэффициентінің өлшемі бар [см2/сек]. Статистикалық физикада белгілі
D= немесе
Мұнда, λ0 –бірлік қысым кезіндегі орташа еркін жүру
Қысым p=1атм және температура 150С күйдегі иондар
1.2 кесте.Оң және теріс иондар үшін диффузия коэффициенті,
Газ Aya H2 N2 CO2 O2
D+ 0.032 0.13 0.029 0.025 0.030
D- 0.042 0.19 0.041 0.026 0.041
Электрондар үшін D мәндері біршама үлкен және
Рекомбинация. Оң және теріс иондардың соқтығысуы және оң
, (1.3)
Мұндағы а- рекомбинация коэффициенті (см3/сек), n+, n- -көлем
Егерде t=0 мезетте берілген көлемде туындаған зарядтардың
n+(t)=n-(t)=n0(t)= (1.4)
Егер камерадағы зарядтардың жинақталу уақыты және рекомбинация есебінен
Келтірілген есептеулер көрсеткендей рекомбинация процесі электрлік теріс иондардың
1.2.2. Сыртқы электр өрісінде орналасқан газдардағы электрондар мен
Сыртқы электр өрісі болмаған жағдайда, ионизация нәтижесінде түзілген
j=j++j-, (
Мұнда j+ және j- - оң және теріс
j+=n+eW+ , j-=n-eW-,
Мұндағы n+ және n- -көлем бірлігіндегі иондар
Өрістегі зарядтар дрейфін барынша нақты қарастырып өту қажет.
Егер әрбір соқтығысу кезінде fE шамасына тең энергия
Күйдің тепе-теңдігін және ион энергиясының өріс кернеулігіне тәуелділігі
W= (1.7)
Жоғарыда аталып өткендей, ауыр иондардың энергиясы электр өрісінің
W=μ
(1.6) және (1.7)- қатынастарын және иондардың
Μ= (1.9)
Оң және теріс иондардың қозғалғыштығының шамалары бір-біріне жуық
1.3- кесте. p=1атм және Е=1в/см кезіндегі оң
Ион Ауа H2 Ar He CO2
μ+, см2атм/(сек в) 1.37 6.7 1.37 5.1 0.79
Осы кестеде көрініп тұрғандай, молекулалар ауыр болған сайын
WeE=νfmυ2/2 (1.9)
Өріс әсерінен алынған электронның энергиясы mυ2/2 болуы
Кейбір газдар үшін электрондар дрейфінің жылдамдығының
1.4-кесте.
Е/р
H2 He N Ar CO2 CH4
0.125
0.25
0.50
1.0
2.0
5.0 -
0.65
0.9
1.2
1.6
2.6
0.3
0.4
0.57
0.82
1.3
3.0 -
0.51
0.62
0.87
1.31
2.7 0.31
-
0.40
0.73
-
4.0 -
-
-
-
32
57 1.2
3.3
7.4
10.0
10.0
-
Кестеден көрініп тұрғандай , Е/p онша жоғары емес
Тәжірибелік жолмен орнатылған бұл құбылыс электронды жинақтаушы камераларды
Көмірқышқыл газында, керісінше, төменгі энергиялы қозу деңгейлерінің үлкен
ІІ-тарау. Иондаушы бөлшектерді тіркеу тәсілдері.
2.1. Күшейткішті ионизациялық санауыштар.
Өрістің кернеулігі жоғарғы болған жағдайда анодқа дрейфтелуші электрондар
2.1-сурет
Газдық күшею механизмі. Екінші реттік ионизацияны жүзеге асыру
2.2-сурет. Метан мен аргон толтырылған санауыштағы газды күшею
Газды күшею коэффициентінің фотоионизация ықтималдығына тәуелділігін көрсетеміз. Фотоионизация
Мγ=M+M2γ+M3γ2+…= (2.1)
Бұл өрнектен Mγ→1, Мγ→∞ болғанда санауышта «тесілу» басталады
Пропорционалды санауыштағы импульс формасы. Цилиндрлі пропорционалды санауышта оның
Нөсердің даму уақыты, яғни екінші реттік ионизацияның өту
t*= (2.2)
Қысымы 0.8 атм болған сутекпен толтырылған санауыш үшін
2.3-сурет. Пропорционалды санауыштағы импульс формасы (анодтан катодқа қозғалыс
Оң иондардың қозғаласымен байланысты камерадағы токтың максимал мәні
I(t)=
(2.3)- қатынасын r және t арасындағы байланысты ескере
V(t)=
X=t+B жаңа айнымалыны енгіземіз және интегралдағаннан соң келесі
Жоғарыдағы 2.3-суретте RC-ның әртүрлі мәндері үшін пропорционалды
Санауыштың уақыттық сипаттамалары .Бөлшектердің санауышқа келіп түсу
t* шамасының флуктуациясы санауыш өлшеміне, (r2/r1) қатынасына және
Егер санауыш бөлшектердің санын өлшеуге қолданылса, онда электрондардың
мұндағы tмакс- RC шексіз үлкен болған кезіндегі Vmax/m
Пропорционалды санауыштың энергетикалық ажыратқыштығы.
Энергетикалық ажыратқыштықтың шамасы иондаушы бөлшектен туындаған ион жұптарының
Бұрын аталып өткендей, егерде көлемдік заряд әсері әлсіз
MЕгерде бұл шарт орындалмаса, онда бөлшектердің энергиясының өсуіненде
Егер көлемдік заряд әсерін ескермесек, онда пропорционалдық санауыштың
Осыған орай, ВҒ3 газбен толыққан санауыштар үшін төменгі
Санауыштың энергетикалық ажыратқыштығына жіпті бекітіп тұрған тұтқыштың тудырған
мұндағы Δ- жіптің эксцентриситеті (жіптің санауыштық осьтік сызығынан
ығысуы); δE/E - жіпке жақын өрістің салыстырмалы
және газдық күшеюдің Е-ге тәуелдігінен газдық күшею
2.2. Ионизациялық камералар.
Бөліну камералары. Бөлінетін заттың қабаттары орнатылған ионизациялық камералар
n(k)= , мұнда k=1,2,3..
Олай болса n= екендігін
Импульстардың беттесуінің жиілігін анықтау кезінде импульстың шынайы формасы
Камера көмегімен өлшеу жоғары дәлдікпен болады, егерде олардың
Бөліну камералары бар тіркеуші аппаратураларды бақылау α–
S=N0σfB
Мұндағы N0– камерадағы бөлінуші ядролар саны, σf-бөліну қимасы,
Тәжірибе арқылы бөліну камераларының В шамасын жеткілікті
Пропорционалды борлы есептеуіш және борлы камера. Жылулық және
Борлы есептеуіштің есептік сипаттамасы платаға ие. Бұл түсінікті
Нейтрондардың үлкен ағындарын тіркеу қажеттілігі кезінде токтық режимдегі
Иондау камерасы.
Иондау камерасы зарядталған бөлшектерді тіркеу үшін қолданылады. Қарапайым
2.4-сурет.
Қалың қабатты фотопластинкалар.
Зарядталған үлкен энергиялы бөлшектерді тіркеу үшін жоғарыда аталған
2.5-сурет.
Вильсон камерасы. Көпіршікті камера.
А) Жылдам қозғалатын зарядталған бөлшектерді тіркеу үшін Вильсон
Осындай күйде тұрған бу арқылы зарядталған бөлшек жүріп
2.6-сурет.
Б) Осы кезде Вильсон камераларымен қатар зарядталған бөлшектерді
2.7-сурет.
Оны 1952 жылы Д. Глейзер жасаған. Бұл құралдардың
ІІІ-тарау. Газ разрядты санауыштар және олардың көмегімен радиациялық
Газдық күшею механизмін қарастыру кезінде көрсетілгендей санауышта потенциалдар
3.1. Өздігінен өшпейтін санауыштар .
Жіңішке жіпті және өзіндік разряд тұтануға жеткілікті
3.1-сурет.
Сонымен өте аз уақыт ішінде санауыш разряд
Қозған күйлердің энергиялары электрондардың катодтан шығу жұмысынан немесе
Жекелеген сатылар ретінде разрядты бұлай түсіндіру онша дұрыс
3.2 Өздігінен өшетін санауыштар.
Разрядтың дамуы мен сөну процестері. 1937 ж. Трост
Спирттің қозған молекулалары олардың диссоцияциясымен салыстырғанда аз өмір
Разрядтың даму уақыты оның анод бойымен таралу уақытымен
Катод аймағындағы аргон иондары мен спирт молекулаларының күйлерін
Әрбір импульс кезінде санауышта 109-1010 спирт молекулалары диссоциацияланатындықтан
Өздігінен сөнетін есептеуіштегі импульс формасы . Екінші
Жіңішке цилиндрлік қабаттың ұзындық бірлігіндегі зарядтар тығыздығы σ
di= (3.1)
Мұндағы r0-осы мезеттегі санауыш орталығынан иондардың цилиндрлік қабатына
(3.2)
Сыртқы конденсатор ішіндегі электр өрісінің кернеулігі r>r0 кезінде
(3.3)
Соған сәйкес r
Иондар қабаты ішіндегі электр өрісінің кернеулігі, яғни r=r0
(3.5)
Соның салдарынан иондар дрейфінің жылдамдығы санауыштағы иондардың орналасу
(3.6)
Санауыш бойындағы разрядтың таралу жылдамдығын шексіз болса немесе
3.2-сурет
3.2-суретте санауыштағы бірінші реттік ионизацияның екі түрі үшін
тоқтайды деп алсақ:
(3.7)
Егерr0~r1 болса, онда Е1(r1) шамасы σ/r1-шамасына тең. Әдетте
Санауыштың «өлі» уақыты. Санауыштағы разрядталу механизміне сәйкес әрбір
Бұл әсер күшті болса, осы уақыт ішінде санауышқа
(3.8)
Бұдан
(3.9)
Өздігінен сөнетін санауыштарда анодтан r=rc –ға дейін иондардың
уақыты шамамен 200 мксек.Санауыш импульстарының осциллогрммасы
3.3-суретте көрсетілген.
3.3-сурет
Санауыштың өлі уақыты ондағы уақыт бірлігінде болатын разрядтар
Санақтық сипаттама. Санауыштағы санақ санының оған түсірілген кернеуге
Өздігінен сөнетін есептеуіштердегі жалған импульстар санауыштағы разрядтың сөну
Тіркеу тиімділігі. Санауыштағы разрядтың дамуы үшін бір жұп
γ-кванттарды тіркеу үшін әдетте қалың шынылы қабырғаларға ие
3.3. Иондаушы бөлшектер индикаторының жұмыс істеу принципі.
Лабораториялық индикатордың құрылымы Гейгер санауышы негізінде жасалған
Төменгі кернеулер аймағы. 200-300 В ретті төменгі кернеулерде
түтік иондаушы камера ретінде жұмыс істейді. Иондаушы бөлшектің
Пропорционал аймақ. Индикатордағы кернеуді өте жайлап, дыбыс
зорайтқыш әлсіз тырсыл шығара бастағанға дейін арттырады. Бұл
Гейгер аймағы. Кернеуді әрі қарай арттырғанда импульстардың жиілігі
Иондаушы бөлшектер индикаторының құрылысы мен қызметі.
Қондырғы 3.4-сурет бойынша құрастырылады. Төмен жиілікті күшейткіштің кірісіне
Есептегіш түтік екі электроды бар цилиндр формалы
3.4-сурет. Иондаушы бөлшектердің индикаторынын.
3.5-сурет. Гейгер-Мюллердің есептегіш
1 — металл қылсым; 2— шыны тутіктің ішіне
Бұл ток жоғарғы резистор арқылы өтіп, резисторда кернеудің
3.4. Ғарыштық сәуленің жұмсақ компонентасының интенсивтілігін анықтау
1-тәжірибе. Ғарыш сәулелерінің қатты және жұмсақ компоненталарының интенсивтілігін
Қажетті құрал-жабдықтар: 1) СТС-6 немесе СТС-81 есептегіш түтігі
- Иондаушы бөлшек индикаторын 3.4-суреттегідей етіп құрастырамыз.
-Иондаушы бөлшек индикаторын кернеуі 4,5 В–ті ток көзіне
- Иондаушы бөлшек индикаторын 5 – 10 с
- Индикатор санауышынан өткен әрдір иондаушы бөлшек дыбыс
- Дыбыстарды тыңдап, келіп түскен бөлшектерді 5-10 рет
отырып орташа мәнін табамыз. Дыбыстар саны радиациялық сәулелердің
- Индикаторды қалыңдығы 10 см болған қорғасын үйшікпен
радиациялық сәулелердің интенсивтілігі оның қатты компанентасының интенсивтілігі
Алынған нәтижелерден радиациялық сәулелерінің жұмсақ компанентасын анықтаймыз:
Iж = I -
Өлшеу нәтижелері 3.1 – кестеге толтырылады.
а) Жалпы ғарыштық сәулелер интенсивтілігін өлшеу нәтижелері
№ It t, cek I=It/t имп/сек ∆I I=Iopt±∆Iopt
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 26
25
27
25
26
28
26
27
25
27 60
60
60
60
60
60
60
60
60
60 0,43
0,42
0,45
0,42
0,43
0,46
0,43
0,45
0,42
0,45 0,01
0,02
0,01
0,02
0,01
0,02
0,01
0,01
0,02
0,01 I=0,44±0,014
орташа
0,44 0,014
б) Ғарыштық сәулелердің қатты құраушыларының интенсивтілігін өлшеу нәтижелері
№ I қ,t t, cek I қ=I қ,t/t
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 12
11
11
12
10
10
11
11
10
11 60
60
60
60
60
60
60
60
60
60 0,2
0,18
0,18
0,2
0,16
0,16
0,18
0,18
0,16
0,18 0,02
0
0
0,02
0,02
0,02
0
0
0,02
0 I=0,18±0,01
орташа
0,18 0,01
Iж=I-Iқ ; Iж=0,44-0,18=0,26 имп/сек
Қорытынды.
Иондаушы бөлшектерді тіркеу, олардың зат арқылы өткен кезде
Табиғи иондаушы бөлшектер көзі ретінде ғарыштық сәулелерден пайдалануға
Жер бетіне келіп түскен екінші реттік ғарыштық сәулелерді
Шымкент қаласында ғарыштық сәулелердің интенсивтілігін өлшеу нәтижесі негізінде
ғарыштық сәулелердің жалпы интенсивтілігінің орташа мәні 0,44
ғарыштық сәулелердің қатты компонентасының орташа интенсивтілігі 0,18 импульс/
ғарыштық сәулелердің жұмсақ компонентасының интенсивтілігі Iж=0,26 импульс/ секундқа
Сонымен, иондаушы бөлшектер индикаторын пайдалана отырып, ( яғни
Пайдаланылған әдебиеттер.
Калашников В.И, Козадаев М.С. Детекторы элементарных частиц. М.,
Векслер В, Грошева Л, Исаев Б. Ионизационные методы
Фюнфер Э, Нейерт Г. Счетчики излучения. М., 1970г.
Абрамов А.И и др. Основы экспериментальных методов ядерной
П. Е. Калпаков. Основы ядерной физики.Изд. «Просвещение», М.,
А.И. Наумов. Физика атомного ядро и элементарных частиц.
И. В. Ракобольская. Ядерная физика. Изд. Московск. Универс.
О.С. Нұрсұлтанов. Атомдық физика. «Рауан», Алматы., 1990г.
Ф.А. Королев. Курс физики. Изд. «Просвещение», М.,1979г.
Дорман В. Ф. Физика солнечных космических лучей, М.,
Сыроватский С.И. Физики космических лучей. М., Л., 1981г.
Мурзин В.С. Введение в физику космических лучей.
Труды международных конференций по космическим лучам. Л., В-1.
Боровой А.А. Как регистрируют частицы. М., 1981г.
http:/www.gr-obor.narod.ru/
http:/www. Ramler.ru/
http:/www.google.kz/
http:/www.google.ru/
http:/www.google.com/
http:/www.yandex.ru/
http:/www.yahoo.com/
http:/www.mail.ru/
42
