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 использовании альфа и фотодетектора необходимо закрывать детектор от видимого света, например, при помощи листа картона или затемнив комнату.

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.

Рис. 6: Стартовое окно для МКА.

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 x_SD = d_x + s_x = 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.