МУ-Я-62 (Космические лучи), страница 3

Если частица проходит через обе группысчетчиков и поглотитель (показано штриховой линией), то верхний и нижнийсчетчики срабатывают одновременно, а схема совпадений выдает импульс.Измерительное устройство ИЗМ считает эти импульсы за определенноевремя, а результат измерения высвечивается на индикаторе.Таким образом, установка, называемая телескопом заряженныхчастиц, регистрирует частицы, падающие в определенном направлении ипрошедшие через обе группы счетчиков и поглотитель.Телескоп можно наклонять от вертикального положения на угол до± 90° с шагом 15о.

В данной работе телескоп регистрирует частицы, близкиек вертикальному направлению.В работе изучается зависимость от толщины поглотителя d скоростисчета частиц установкой n = N t , где N – число совпадений за времяэкспозиции t . Графическую зависимость n(d ) называют кривой поглощения(рис. 7). Вертикальной чертой показаны случайные погрешности измерения∆n (9).

УчастокAB на графике соответствует поглощению мягкойкомпоненты, которая практически полностью поглощается слоем свинцатолщины несколько см. УчастокBCотражает поглощение жесткойкомпоненты. Экстраполируя прямую BC до пересечения с осью ординат вточке D , получаем значение n0 ж , т.е. скорость счета жесткой компоненты вотсутствие поглотителя. Величина n0 в точке A есть суммарная скоростьсчета мягкой и жесткой компонент.

Следовательно, разность n0 м = n0 − n0 жесть скорость счета мягкой компоненты в отсутствие поглотителя. Отсюдаможно получить отношение числа заряженных частиц жесткой и мягкойкомпонент n0 ж n0 м в вертикальном потоке на уровне моря в условияхданного помещения.1724An022n , 1/с20n0ж D B1816C141210048121620d , смРис. 7. Типичная кривая поглощения частиц КЛ всвинце: n – скорость счета частиц, прошедших черезсвинец толщины d ; AB – поглощение мягкойкомпоненты; BC – поглощение жесткой компоненты2.

Погрешности измеренийПогрешность измерения скорости счета n частиц КЛ с помощьютелескопа имеет две составляющие – систематическую и случайную.Систематическая обусловлена тем, что установка может регистрироватьдругие события, неотличимые от изучаемых. Например, схема совпаденийможет сработать от двух различных частиц, падающих одновременно сбоку18телескопа, одна из которых прошла через верхний счетчик, а другая – черезнижний. Анализ таких событий выходит за рамки данной работы.Случайные погрешности обусловлены самой статистической природойизучаемого явления. Пусть при измерении космических лучей илирадиоактивности счетчик зарегистрировал N i частиц. Повторяя измерения втехжеусловиях,получимразличныезначенияN i : N1 , N 2 ,…, N k ,изменяющиеся случайным образом.

Вероятность появления того или иногозначения N i описывается распределением Пуассона.Из распределения Пуассона следует, что случайную погрешностьможно найти из одного измерения (а не из нескольких, как для обычныхизмерений). Пусть за время измерения t (точно) установка зарегистрировалаN частиц. Тогда скорость счета равна n = N t . Среднеквадратическоеотклонение для этой величины N равноσ= N .Следовательно, абсолютная погрешность измерения скорости счета сдоверительной вероятностью P = 0,68 равна∆n = N t ,(9)а относительная погрешностьε = ∆n n = 1N.Относительная погрешность уменьшается с увеличением числазарегистрированных частиц, например, ε = 0,1 = 10% при N = 100 и ε = 0,01= 1%при N = 10000 . Поэтому для уменьшения случайной погрешностинеобходимо зарегистрировать большое число частиц.В данной установке за 15 мин измерений регистрируется всегоN = 150 ÷ 200 частиц с погрешностью примерно 8 %, которая велика дляанализа результатов.

Существенно увеличить Nне позволяет времялабораторной работы. Поэтому для построения кривой поглощениястуденты используют как собственные измерения, так и более точные19(“базовые”) данные, полученные за длительное время и приведенные наустановке.3. Выполнение работыЗадание 1. Ознакомиться с установкой и подготовить ее к работе.Установка состоит из телескопа (рис. 6) и измерительного устройства,соединенных кабелем. Телескоп должен находиться на постоянном месте ибыть наклоненным на 15о, при этом удобно устанавливать пластины врабочее положение, вдвигая их до упора.На задней стенке измерительного устройства находятся сетевойвыключатель и клемма заземления.На передней панели измерительного устройства расположены цифробуквенный индикатор и управляющие кнопки:• кнопками “+” и “-” устанавливают время измерения (экспозицию) t (от1 до 999 с);• кнопка “Пуск/Стоп” предназначена для запуска процесса измерения; поокончании заданной экспозиции измерения останавливаются; дляначала нового измерения снова нажать кнопку “Пуск/Стоп”; есликнопкунажатьвпроцессеизмерения,тосчетимпульсовостанавливается.1.

Проверить наличие заземления. При отсутствии заземленияобратиться к дежурному по лаборатории.2. Перед включением установки в сетевую розетку сетевойвыключатель должен находиться в положении “Выкл”. Вставитьсетевую вилку в розетку и включить выключатель “Сеть”. Послечего должны появиться подсветка выключателя, а на индикаторе20информация – “ time 10.0 s ”. Это означает, что время счета будет10 с.3. Дляознакомлениясустановкойпроделатьследующееупражнение. Установить экспозицию 15 с. Для запуска процессаизмерений нажать и отпустить кнопку “Пуск/Стоп”. Верхняястрока индикатора (секундомер) показывает прошедшее время, анижняя – число зарегистрированных импульсов ( imp.

). Когдасекундомер остановится, можно снять показания – числозарегистрированных импульсов (установка за 15 с может ничегоне зарегистрировать). Повторить измерение, снова нажав кнопку“Пуск/Стоп”. Такая же последовательность действий будет привыполнении работы, но с большой экспозицией.4. Установить экспозицию 900 с, при которой выполнять всеизмерения.Задание 2. Исследовать поглощение КЛ в свинцеПримечание: В ходе выполнения данногообрабатывать результаты измерений, сначалазадания необходимобазовые, приведенные наустановке, а затем и собственные.

График поглощения необходимопостроить на занятии.1. Подготовить табл. 1 для записи результатов измерений.Таблица 1d , смt,сNn = N t , c −1∆n = N t c −1Примечание: в табл. 15 строк.2. Для различной толщины поглотителя d при экспозиции t = 900 сизмерить число частиц N , прошедших через поглотитель. Результатызаписать в табл. 1. Измерения выполнять при толщинах, указанных на21установке. Первую пластину вставить в середине между счетчиками,остальные наращивать с обеих сторон. Толщина одной пластины 2 см.3.

По окончании измерений выключить установку.4. Обработка результатов измерений1. Записать в табл. 1 базовые результаты измерений, приведенные наустановке.2. Вычислить значения n и ∆n , записать их в табл. 1.3. Построить графическую зависимость n от d (рис. 7). Посколькувеличина n изменяется в небольших пределах, ось ординат должнаначинаться примерно с минимального значения. Вертикальной чертойпоказать случайную погрешность измерения (полная длина черты равна2∆n ). При некоторых толщинах могут быть и собственные, и базовыерезультаты.

На графике необходимо нанести те и другие различнымизначками.4. Через экспериментальные точки провести на графике две прямые,отражающие поглощение мягкой и жесткой компонент. Прямую с малымнаклоном продолжить до пересечения с осью ординат, как показано на рис. 7.5. Используя пояснения на рис. 7, определить по графику значения n0 ,n0 ж , n0 м и записать их в табл. 2.Таблица 2n0 , c −1n0 ж , c −1n0 м = n0 − n0 ж , c −1n0 ж n0 м6. Вычислить отношение числа частиц жесткой и мягкой компонентn0 ж n0 м и записать его в табл. 2.22Контрольные вопросы1. Как были открыты КЛ?2. Какие частицы называются адронами? Приведите примеры.3. Приведите примеры сильных взаимодействий частиц КЛ.4.

Какиеэлектромагнитныевзаимодействияпроисходятсзаряженными частицами и фотонами высокой энергии?5. Какие частицы называются лептонами?6. Приведите примеры слабых взаимодействий.7. Почему мюоны поглощаются в веществе слабее, чем электроны?8. Объясните устройство телескопа заряженных частиц.9. Какможноразделитьэлектронно-фотоннуюимюоннуюкомпоненты КЛ?10.Чему равна относительная случайная погрешность измеренияскорости счета, если зарегистрировано N = 400 частиц?23Список литературы1.

Сивухин Д.В. Общий курс физики; т. V, ч. 2. – М.: Наука, 1989.2. Мартинсон Л.К., Смирнов Е.В. Квантовая физика. М.: Изд-воМГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004.3. Савельев И.В. Курс общей физики; Т.3. М.: Наука, 1987.4. Физическая энциклопедия. М.: Сов.

энциклопедия. Т. 2. 1990.5. Граменицкий П.В., Родионов В.А., Соколова И.Н. Изучениесвойствкосмическихлучей:Методическиеуказанияклабораторной работе № 300 по курсу общей физики / Под. Ред.С.П. Ерковича. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1994.24Оглавлениестр.Теоретическая часть ……………………………………………………21. Космофизический аспект …………………………………………….22. Ядернофизический аспект …………………………………………..42.1.

Элементарные частицы и их взаимодействия ……………………52.2. Прохождение космических лучей через атмосферу ……………...11Экспериментальная часть ………………………………….…………..141. Установка и методика опыта ……….……………………………..…142. Погрешности измерений ………..….……………………………..…173. Выполнение работы ………..….…………………………………..…194. Обработка результатов измерений ………………………………..…21Контрольные вопросы …………………………………………………..22Список литературы ……………………………………………………...23.