1611096508-4f49471172276c2d660af998cfdd4456 (Отчёт по лабе 1.2 ИзМоры (2008 год))

Новосибирский Государственный Университет      Лабораторная работа 1.2    ИЗМЕРЕНИЕ ЭНЕРГИИ ОБРАЗОВАНИЕ ИОН‐ЭЛЕКТРОННОЙ ПАРЫ α – ЧАСТИЦАМИ В ВОЗДУХЕ            Выполнил: Москалёв Александр          Новосибирск, 2008 группа 8331 Цель работы Определить среднюю энергию образования ион‐электронной пары при торможении α – частиц в воздухе Оборудование Ионизационная  камера,  источник  α  –  частиц,  источник  питания  (0  –  400  В),  вольтметр, измеритель малых токов -9I, 10 AХод работы 1.2  Получение функциональной зависимости тока от напряжения  Поместив  в  ионизационную  камеру  α‐источник  и  изме‐няя напряжение в пределах от 0 до 360 вольт, мы измери‐ли  величину  тока  при  помощи  чувствительного  ампермет‐ра.  Результаты  измерений  приведены  в  таблице  ниже. Схема проведенного эксперимента приведена на рис. 1.  Напряжение (U)  Ток с источни‐ Ток утечки  В (J)  10 −12 A ком (I)  10 −9 A   100,072 0,025  200,098 0,03  Рис. 1. Схема эксперимента 300,115 0,032  40Построим  зависимость  тока  от  напряже‐0,127 0,033 50ния  на  рис.  2.  Очевидно,  что  характерная 0,136 0,036 «полка»  тока  насыщения  была  достигнута 600,14 0,036 −9−9700,14 0,036 при  I нас = 0,145 ⋅ 10 ± 0,003 ⋅ 10 A . 800,142 0,04 Измеренный  ток  утечки  был  адекватно 900,145 0,041 мал по сравнению с погрешностью основных 1000,145 0,042 (с источником) измерений. 1100,145 0,046 Примем во внимание то, что ток насыще‐1200,145 0,047 0,171300,145 0,048 0,161400,145 0,05 0,151500,140,145 0,052 0,131600,147 0,056 0,121700,15 0,057 0,110,101800,15 0,058 0,091900,153 0,06 0,082000,155 0,062 0,070,062200,155 0,063 0,0524002550751001251501752002252500,16 0,067 U, V Таблица 1. Величина тока в зазоре в зависимости от на‐Рис. 2. Зависимость тока от напряженияпряжения и наличия α‐источника ния  формируется  ион‐электронными  пара‐ми, образованными при столкновении молекул воздуха с α‐частицами. Тогда его величина может быть  определена  исходя  из  того,  что  I ср = enср ,  где  e   ‐  заряд  электрона,  а  n ср ‐  среднее  число ион‐электронных пар, образуемых в камере за 1 с. В  работе  использовался  источник  α‐частиц,  имеющий  три  энергетических  линии  излучения 5,157 Мэв (75,3 %), 5,145 Мэв (15,2 %), 5,107 Мэв (11,5 %). Средневзвешенное значение  E ср  энер‐гии α‐частиц, составляет  E ср = 5,149 ± 0,001  Мэв. Пусть  для  ионизации  одной  молекулы  требуется  затратить  энергию  Q ,  тогда  если  α‐частица всю  свою  энергию  потратит  на  ионизацию,  то  число  образовавшихся  пар  будет  равно E срQ.  А если учесть интенсивность источника  N (число α‐частиц, испускаемых в 1 секунду), то число пар будет равно N ⋅ E срQ. Тогда ток насыщения будет выражен как ионизации составит  Q =eNE срI нассреднее x = 5697 , δ x = 9,6 , Δx = 9,6 ⋅ 1,01 ≈ 10 .  Тогда  получаем,  что  интенсивность источника составляет  N = 5697 ± 10 1 . сТогда Q=энергия eNE срI насQ= I нас , а отсюда энергия . На  оборудовании  работы  1.1  была  измерена  интен‐сивность  α  –  источника.  Интервал  времени,  в  течении которого  производился  подсчёт  числа  вспышек,  состав‐лял  ΔT = 1000 мсек.  На  выборке  из  80  значений  было получено eNEсрионизации составляет = 32 ± 2,8 эВ   при  доверительной  вероятно‐сти  P = 68,3% . Отличие  измеренной  величины  от  реальной  в  два раза объясняется тем, что не вся энергия α‐частиц уходит на  образование  ионов,  а  также  ионы  могут  рекомбини‐ровать,  что  тоже  оказывает  влияние  на  полученный  ре‐зультат. Рассчитаем погрешности в соответствии с правилами, описанными в [1]. Последовательно найдем погрешность произведений и деления: 5640 5752 5775 5656 5624 5510 5719 5608 5818 5587 5692 5606 5734 5516 5794 5703 5655 5731 5780 5772 5697 5733 5696 5777 5693 5606 5684 5753 5633 5602 5717 5713 5711 5724 5583 5701 5544 5715 5674 5631 5740 5649 5721 5669 5794 5903 5818 5601 5662 5725 5535 5626 5850 5567 5706 5688 5612 5759 5691 5647 5673 5498 5867 5675 5687 5868 5699 5863 5695 5731 5621 5649 5772 5778 5781 5719 5809 5621 5744 5784 Таблица 2. Отсчёты измерений интенсивно‐сти α‐источника Δ(eE ср ) ≡ ΔeEср + eΔE ср = 1 ⋅ 10 −20 ⋅ 5,149 ⋅ 10 6 + 1,6 ⋅ 10 −19 ⋅ 10 3 = 5,16 ⋅ 10 −14  Δ(eNE ср ) ≡ Δ(eE ср ) ⋅ N + ΔN ⋅ eE ср = 5,16 ⋅ 10 −14 ⋅ 5697 + 10 ⋅ 8,22 ⋅ 10 −13 = 3,02 ⋅ 10 −10  ⎛ eNE срΔ⎜⎜⎝ I нас⎞ Δ(eNE ср ) ⋅ I нас + ΔI нас ⋅ eNE ср 3,02 ⋅ 10 −10 ⋅ 0,145 ⋅ 10 −9 + 3 ⋅ 10 −12 ⋅ 4,69 ⋅ 10 −9⎟⎟ ≡== 2,75( I нас ) 2(0,145 ⋅ 10 −9 ) 2⎠ Литература [1] Начала обработки экспериментальных данных, Б. А. Князев, В. С. Черкасский, НГУ, 1996 .