Задание 1: Обратное рассеивание
Закрепите источник закрытого типа Am-241, 370 кБк на 5 мм резьбе внутренней части фланцевой крышки вблизи детектора. Расположите внутри контейнера образец для рассеивания – кольцевую диафрагму с золотой фольгой повернутой глянцевой стороной к источнику. Осторожно, не касайтесь фольги. См. рис. 5.
Ход работы
Выкачайте из насоса воздух, чтобы давление внутри него было ниже 20 гПа. Перед тем, как выключить насос, с помощью зажима закройте трубку. Следите за тем, чтобы давление оставалось постоянным при отсутствии утечек.
Рис. 5: Схема и обозначения обратного рассеивания |
При помощи магнита расположите рассеиваемую фольгу на отметке шкалы в 4,5 см, что составляет 16 мм от конца стержня источника.
Откройте программу “Measure”, выберите "Gauge" > "Multi Channel Analyser". («Устройство» - «Многоканальный анализатор»). Выберите "Spectra recording" («Запись спектров»), нажмите "Continue" («Далее»), см. рис. 6
В поле "Gain" («Получить») выберите "Level 2" («Уровень 2»), в "Offset [%]" – 6, в качестве данных x выберите "Channel number" («Число каналов»), нажмите кнопку "Reset" («Сброс») и заметьте время начала измерения, см. рис. 7
Запишите время после регистрации 100 импульсов. Рассчитайте количество импульсов в минуту и запишите это значение.
Повторите данное измерение для положения фольги на отметках шкалы 4,0 см, 5,0 см, 5,5 см и 6,0 см.
Замените золотую фольгу алюминиевой. Измерьте скорость счета при 4,0 см.
Рис. 7: Окно записи спектра. |
Расчет
Поскольку пространственный угол детектора уменьшается как , можно предположить, что в рассеянном потоке находятся в основном частицы с самой короткой длиной пробега от источника до детектора . При этом угол отклонения равен углу отражения, следовательно,
и
при xSD = dx + sx = 2,3 см, зафиксированные установкой.
Если частица рассеивается в глубине фольги, то она теряет энергию при прохождении через вещество, при этом эта потеря увеличивается с глубиной. В таком случае энергия рассеянных частиц при рассеянии внутри фольги на ядре атома остается неизвестной. Вероятность рассеяния dN/N (1.12) в значительной степени зависит от энергии. В данном эксперименте имеется разброс значений, как области энергии частиц, так и области углов рассеяния. Таким образом, абсолютная вероятность рассеяния в данном эксперименте не рассматривается, однако угловая зависимость (1.13) может быть исследована, если:
· предположить, что отношение вероятностей рассеивания после прохождения вещества зависит от угла;
· учитывать, что телесный угол падения обратно пропорционален квадрату расстояния.
Схожесть спектров при различных расстояниях фольги, а, значит, и различных углах падения говорит о том, что с увеличением угла падения к поверхности фольги, значение средней глубины рассеяния в фольге уменьшается, но расстояние, пройденное частицами в фольге, остается неизменным.
Другими словами, плотность потока рассеянных частиц с определенной энергией определяется длиной пробега в веществе, а не углом падения.
При помощи установки можно выбрать определенный диапазон измерения энергии частиц. Это возможно путем уменьшения области энергии измеряемых частиц и таким образом, определяя глубину рассеивания при заданной энергии и значении угла.
В примере измерения при положении фольги на отметке шкалы z, источник S находился на отметке шкалы 2,6 см, поэтому , детектор D - на отметке 2,1 см, поэтому . Тогда
За время было измерено частиц, что позволило определить число частиц в минуту (таблица 1).
Таблица 1: Золотая фольга, толщиной 1,5 мкм
z, см | r2, см2 | N(z) | ||||||
4,0 | 34,88 | 110,25 | 16,18 | 6,0 | 0,453 | |||
4,5 | 28,14 | 123,72 | 23,78 | 3,0 | 0,605 | |||
5,0 | 23,46 | 133,1 | 33,38 | 2,0 | 0,708 | |||
5,5 | 20,06 | 139,89 | 44,98 | 1,3 | 0,779 | 45,5 | ||
6,0 | 17,49 | 145,02 | 58,58 | 1,0 | 0,828 | 48,5 |
Для проверки зависимости вероятности рассеяния от использовалась алюминиевая фольга в той же конфигурации, что и золотая фольга. Полученные результаты соответствуют теоретическим значениям вероятности с высокой погрешностью вследствие малого количества падающих частиц.
Таблица 2: Сравнение измеренных значений вероятности рассеяния при = 4,0 см для золотой фольги толщиной 1,5 мкм и алюминиевой фольги толщиной 8,0 мкм.