فیزیک  دانشگاه ارومیه

هدف آزمايش:محاسبه ي زمان مرگ آشكارساز گايگر

وسائل بکار برده شده در آزمایش: آشكارساز گايگر،دستگاه شمارنده،چشمه ي گسيل γمانند SC٬١٣٧ nM٥٤

بحث تئوريكي:

در اثر ورود پرتوهاي يونيزه شده به درون آشكارسازها تعدادي الكترون و يون مثبت از آن حاصل مي شود.چون الكترونها جرم ناچيزي دارند درميدان قوي نزديك آند سرعت بالايي خواهند داشت ودراثر برخورد با ساير مولكولها يونهاي مثبت و منفي جديدي حاصل خواهد شد وبه دليل اختلاف جرم الكترون و يونهاي مثبت خيلي زودتر از يونهايبه الكترودمربوطه مي رسند. از لحظه ي جمع الكترونها توسط آند پتانسيل اوليه 70كاهش مي يابد.

اين عمل به طور آني است ولي در مقابل ،يونهاي مثبت زمان طولاني طلب مي كنند تا بوسيله كاتد جمع شوند.بهتر است توجه شود كه تغييرات پتانسيل دوسرگايگر بر حسب زمان  به جنس و ساختمان هندسي آشكارسازونيز به زمان خالي شدن بار در مقاومتRو ظرفيتخازن Cبستگي دارد.به مدت زماني كه طي آن اگرذره و يا پرتوي جديدي وارد كنتور شود آشكارساز نمي تواند تعدادواقعي ذرات يونيزه كننده كه مثلا در واحد زمان وارد آن ميشوند را شمارش نمايد. مي دانيم كهپس از هر شمارش آشكارساز به مدت2ثانيه مي ميرد پس در هر ثانيه به مدت zn ثانيه آشكارساز از كار مي افتد و يا(zn-1)ثانيه كار مي كند.واضح استتعداد ذراتي كه در يك ثانيه آشكار سازي مي شود برابر است با:                             zn-1/n=m

 

روش آزمايش:

در اين آزمايش از چشمه هاي گسيل پرتو γمانند SC٬١٣٧ nM٥٤ ،و تركيب آنها استفاده مي شود. 

شمارش را مي توان در مدت زمان 400ثانيه انجامداده از فرمول 2²(n­1²n­12²n)/(bn -12n -2n+1n)=z 

زمان مرگ را محاسبه مي كنيم.

 

 

 

Z= - 0.016(s) = 16(ms)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ازمايش شماره ي 10:     پراكندگي رادرفود

هدف ازمايش :اندازه گيري تعداد نسبي ذرات پراكنده در زاويه هاي گوناگون Θ  باثابت نگهداشتن جني و ضخامت ورقه ي پراكنده

وسايل لازم : دستگاه پراكننده ي رادر فود شامل چشمه ي گسيل ذرات   α Am) 241) –ديسك گردان جذب كننده موازي سازچشم –ديسكا گردان ورقه هاي هدف آشكار ساز –دستگاه آشكار ساز –دستگاه آشكار ساز ورقه ي پراكننده –صفحه ي مدرج – آهنربا – دستگاه شمارنده .

بحث تئوريكي :

 رادر فورد مشاهده كرد كه هر موقع ذرات مثبت α از يك ماده راديواكتيو بصورت موازي بر يك برگ طلا شامل نعداد زيادي اتم برخورد كنند در نزديكي هسته بصورت كشسان پراكند

 

ه مي شوند .براي هر هسته در اتم هاي برگ طلا يك سطح مقطع  b^2π= σ  وجود دارد كه b را پارامتر اصابت مي گويند . هر موقع ذر              ات α بصورت موازي براين سطح مقطع يا كمتر از آن برخورد كنند تحت زاويه ي Θ يا بزرگترازآن پراكنده مي شوند.                                                                                            

 

آشكارساز↔

                                                       برگ پراكننده           موازي ساز  

                                                  ↕                  ↕  

 

 

                                                     

     

                                              

 

 

 

                                             θ           

                                                                b  
اثبات رابطه ي(2/θ) 4sin / 1dNs/Ni ~  :

 

اگر سطح مقطع ورقه ي طلا را باA وضخامت آنرابا t  نشان مي دهيم وn  تعداد هسته هاي موجود در آن باشدداريم:

حجم ورقه يا برگ طلا:       V=At

مساحت هدف: b^2π= σ  وتعداد كل هسته هاي طلا:  nAt

كل سطح مقطع هسته هاي طلا   (nAtσ)

 

 

احتمال پراكندگي ذره ي α  Atσ=A/nAtσ Ns/Ni=

تعداد ذراتي كه روي برگ طلا فرود مي آيند:  Ni

dσ=2πbdb        dNs/Ni=ntdσ          ;

تعداد ذرات فرودي كه تحت زاويه ي θ يا بزرگتر پراكنده مي شوندNs

تعداد ذرات پراكنده در زاويه ي dθ تحت زاويه ي پراكندگي  θ : dNs

 

b=k/2(Q1Q2/Ek)cotθ/2                                                                           

db=[-k/4(Q1Q2/Ek)(csc θ/2)^2] dθ                                                    →

dNs/Ni=ntdσ=2πbntdb=nt/16{(kQ1Q2/Ek)^2}{2πsinθdθ/(sinθ/2) ^4}

 

آشكار ساز ذرات پراكنده كه در فاصله ي ثابتي حول برگ پراكننده دوران مي كند‌،همواره تحت يك زاويه ي فضائي متناسب با dΩ قرار مي گيرد يعني براي شمارش ذرات پراكنده در زاواياي پراكندگي گوناگونθ  سازه ي dΩ=2πsinθdθ   بادوران آشكار ساز تغيير نمي كند.

 

 

 

 

 

 

 

 

dA=2πrsinθ*rdθ=2π(r^2)sinθdθ                                                                                      

                                                                          

 

dA/A=dΩ/Ω→2π(r^2)sinθdθ/4π(r^2)=dΩ/4π→dΩ=2πsinθdθ                                      

 

              (2/θ) 4sin / 1dNs/Ni  ~  dNs/Ni= nt/16{(kQ1Q2/Ek)^2}{ dΩ /(sinθ/2) ^4}→

 

 

 

 

روش آزمايش:

در اين آزمايش مي خواهيم به كمك يك آشكارسازنيمه هادي تعدادذرات پراكنده درزاويه ي θd تحت زاويه ي پراكندگي θ را آشكار سازي كرده وشمارش نمائيم .از طريق يك برنامه ي نيمه كامپيوتري در دستگاه شمارنده زمان لازم راروي s 300 تنظيم كرده واز طريق كانال دوم تعداد ذرات را شمارش مي كنيم (دستگاه از داخل به كانال دوم وصل است)چون سيستم در داخل محفظه خلاء قرار داردتغيير زواياي مختلف براي آشكار ساز راازبيرون توسط يك آهنربا انجام مي دهيم. 

 

           

 

 

 

 

نتيجه گيري:چون تعداد ذرات پراكنده با عكس (2/θ) 4sin تغيير مي كند با افزايشθ تعداد  dNsبه شدت كاهش مي يابد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

آزمايش شماره11:مطالعه خواص و برد ذرات آلفا

هدف آزمايش: بيناب نمايي آلفا

وسائل بکار برده شده در آزمایش: آشكارساز،پمپ خلا،دتكتورو چشمه بكاررفته تركيب سه گسيلنده ي آلفا mC2٤٤،uP230،mA2٤1،    

روش آزمايش:

در اين آزمايش به دليل اينكه ذرات α داراي برد كوتاه هستند ودر هوا انرژي خود را به شدت از دست مي دهند و يونيزاسيون ايجاد مي كنند،از يك محفظه خلا استفاده مي كنيم.چشمه ي بكار رفته در اين آزمايش تركيب سه گسيلنده آلفا mC2٤٤،uP230،mA2٤1، است .ذرات آلفا داراي انرژي ناپيوسته اند كه اين مسئله باعث پيدايش سطوح انرژي مي شود.ولتاژ كار در اين آزمايش روي 30-40ولت تنظيم مي شود.رنج انرژي را يكبار در محدوده veM6- 4  قرار مي دهيمو ذراتي كه داراي اين محدوده انرژي هستند مي شماريمبعد انرژي را روي veM7-5 قرار مي دهيم و تعداد ذرات اين محدوده را نيز مي شماريم.در محدوده  veM7-5 پيكي مشاهده نمي شود.يعني در اين گسترده ذره اي با اين انرژي وجود ندارد.بدليل وجود كم هوا در اتاقك كمي خطا در اين آزمايش وجود دارد.

 

سؤالات:

1-چند پيك مشاهده مي شود؟

3پيك،هرپيك ناشي از يك ماده خواهد بود.

2-چند دسته اشعه ي α ديده مي شود؟

 سه ماده داريم كه هركدام يك جورα گسيل مي دارند ولي اين مواد خودشان نيز به تنهايي ذرات αرا در انرژي هاي مختلف گسيل مي كنند. mA2٤1،داراي 3پرتو αاست. mC2٤٤،دو دسته و uP230،نيز سه دسته آلفا گسيل مي كنند.

3-هر پيك مشخص كنندهي چند دسته اشعه است؟

پيك اول از سمت چپ منحني مربوط به m C 2٤٤ است با دو دسته آلفا،پيك دوم mA است با سه دسته و پيك آخر كه تعداد ذرات گسيلي آن نسبتا كم و پر انرژي تر است uP است با سه دسته آلفا.

4-با توجه به اينكه آلفاهاي تابش شده تك انرژي اند چرا اين مسئله مشاهده نمي شود؟

درمنحني مربوطه به هر سه ماده در هر سه تابش آلفا،اصولامي  بايست فقط يك خط انرژي ديده شود ولي يك پهن شدگي در هرخط انرژي بصورت تجربي و در طي اين آزمايش مشاهده مي شود.از علل پهن شدگيدر هر خط انرژي مي توان به توجيه بر اساس اصل عدم قطعيت اشاره كرد.به اين ترتيب كهبر اساس اين مدل ђ≤tΔEΔكهEΔعدم قطعيت در انرژي وtΔ عدم فاصله ي زماني لازم براي اندازه گيري انرژي است.  tΔ بايددر حدود طول عمرمتوسط هر تراز معيني در حدودτباشد.زيرا در غير اين صورت تراز محو مي شود.پهناي تراز انرژي EΔرابا Г نشان مي دهند.پس خواهيم داشت:

EΔ ≈ ђ/τ , τ=1/λ→Г=ђλ

يعني در هر گسيلي از هسته هاي ناپادار يك پهن شدگي در تراز انرژي مشاهده مي شود.همچنين اتم به دو صورت آلفا تابش مي كند:يا اول βگسيل كرده و هستهي ثانويه به خاطر وجود ترازهاي مختلف αگسيل      مي كند يا به صورت مستقيم α گسيل مي كند.در روش اول هر يك از ترازها انرژي خاصي دارند.در حات دوم نيز ترازها داراي انرژي هاي مختلف هستند.

5-آيا همه يα ها از يك عنصر مي آيند،چرا؟

خير،ماده ي راديو اكتيو تركيبي از سه عنصر بوده كه هر يك به نوبه ي خود راديواكتيو بوده و گسيل كننده ي αمي باشند.

6-در صورتيكهα ها از يك عنصر تابش شوند فاصله ترازها چقدر است؟

يك هسته امكان دارد چندين دسته  α تابش كند و هسته بعد از گسيل α با مقداري انرژي عقب رانده             مي شود.بنابر اين با اندازه گيري انرژي كل تجزيه α مي توان فاصله ترازها را به دست آورد.انرژي كل تجزيه فاصله ترازها برابر است با:

                         Ed=Eα(1+M/My)

:انرژي ذره ي α Eα

فاصله ترازها پهن شدگي طبيعي است.            λђ=1E-2E=Г

7-شماره ي كانال چه چيزي را نشان ميدهد؟

انرژي را.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

آزمايش شماره13: آشكارسازي نوترون

هدف آزمايش:اندازه گيري  بيناب پالس ها ي حاصل از آشكارساز₃FBوقتي كه با نوترون هاي كند بمباران مي شود.

 وسائل بکار برده شده در آزمایش:دستگاه شمارنده و زمانسنج،آناليزور انرژي،تقويت كننده ،ولتاژ قوي ، آشكارساز₃FB،چشمه ي توليد كننده ي نوترون و پارافين كند كننده ي نوترونهاي سريع.

بحث تئوريكي:

يكي از ذرات اساسي هسته كه ذرهاي خنثي است نوترون است.به همين علت به طور مستقيم باعث ايجاد يونيزاسيون نمي شود.بنابراين با بر همكنش با مواد ديگر موجب توليد ذرات باردار مي گردد.يكي از بر همكنش هاي مناسب نوترون با عناصري كه منجر به تشكيل ذرات باردار مي شود عبارت است از:

10B+n→7Li*+4He+2.30Mev

7Li*→7Li+γ

روش آزمايش:

يك چشمه ي نوتروني بنامeB_mA را در نظر مي گيريم و ولتاژي را به آشكارسازتناسبي اعمال مي كنيم.در اين آزمايش از تقويت كننده براي تقويت كردن پالس هاي حاصل استفاده كرده و ولتاژ آستانه را هر بار 2/0 ولت افزايش مي دهيم.زمان را روي 30 ثانيه تنظيم مي شودبوسيله دكمه wodniW،EΔرا روي8 0/0 ولت ثابت نگه مي داريم.منحني شمارش بر حسب ولتاژ آستانه را رسم مي كنيم.روي نمودار پيك ها را با AوBوCوD مشخص كرده و ولتاژ آستانه مربوط به هر يك را پيدا مي كنيم.با توجه به رابطه ي :

E(4He)/E(7Li)=7/4

و با توجه به اينكه ولتاژ آستانه متناسب با E است مي توان نقاط مربوط به هر هسته را به دست آورد.همچنين با انتخاب مقدارEΔدر هر مرحله اجازه عبور به ذراتي داده ميشود كه انرژي آنها بينE وEΔ+E قرار دارد.