ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5.2 (А)

ПРИМЕНЕНИЕ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА В ОПЫТАХ ПО ИЗМЕРЕНИЮ ЭНЕРГИИ

БЕТА-РАСПАДА.

О б о р у д о в а н и е : персональный компьютер IBM PC 386, крейт - КАМАК, бета-спектрометр, бета-источник, набор поглощающих пластин.

Ц е л ь р а б о т ы : исследование прохождения бета-излучения через вещество.

Введение.

Одной из разновидностей радиоактивности является β-распад ядер вещества. При таком типе распада ядро испускает быстрые электроны или позитроны (β-частицы) с произвольной энергией меньше некоторой. В данной лабораторной работе ставится задача по пробегу в металлических фольгах β-частиц измерить энергию β-распада и по ее величине определить какой использован радиоактивный источник. В ходе выполнения работы необходимо измерить среднее количество частиц, прошедших заданную толщину поглотителя (в нашем случае --- алюминий). Количество точек на кривой поглощения превышает 25. При каждой толщине поглотителя производится не менее 4 измерений для определения среднего значения. Обрабатывая экспериментальные данные, студенты находят параметры теоретической кривой, построенной методом наименьших квадратов, проверяют достоверность выбранной гипотезы используя, t-критерий и χ2-критерий. В "ручном" варианте лабораторной работы информация о количестве зарегистрированных частиц с цифрового табло списывается студентами на бумагу в виде таблицы, затем обрабатывается на калькуляторе. Из-за участия человека в перезаписи информации процесс обработки затягивается и заметно возрастает вероятность ошибки. Автоматизация сбора и предварительная обработка данных (нахождение среднего и стандартного отклонения) позволяет в освободившиеся время выполнить дополнительное упражнение, например, снять кривую поглощения с другим поглощающим веществом (медь, свинец) или использовать это время для более детального набора кривой поглощения.

Система регистрации и компьютерной обработки данных. Блок--схема системы регистрации β-частиц представлена на рис.1. β-частицы прошедшие слои поглощающего вещества попадают в сцинтиллятор, в нашем случае это кристалл NaJ. Этот прозрачный кристалл обладает важным свойством: преобразовывать энергию, потерянную частицей при прохождении кристалла во вспышку света с длительностью порядка 20 нсек. Свет от вспышки попадает на фотокатод ФЭУ. Здесь кванты света выбивают фотоэлектроны, которые, размножаясь на динодной системе ФЭУ, порождают огромный поток вторичных электронов. При этом заряд на аноде ФЭУ пропорционален интенсивности световой вспышки. Сигнал с анода передается по

высокочастотному кабелю на вход дискриминатора. В этом блоке сигналы с амплитудой, превышающей некоторое пороговое значение (шумы ФЭУ) преобразуются в импульсы стандартного вида, а именно, прямоугольный сигнал с отрицательной амплитудой около -- 0.4 В. Предварительное преобразование сигналов необходимо для того, чтобы мог правильно работать счетчик стандартных импульсов C0601. Этот счетчик определяет количество стандартных импульсов, поступивших с дискриминатора за определенный промежуток времени. Информация о количестве поступивших импульсов считывается со счетчика в компьютер IBM AT/286 через крейт-контроллер К0607 и плату последовательной связи ППИ--4 с КАМАК-крейтом. Вся эта аппаратура разработана и произведена в Институте Ядерной Физики.

Программа, работающая с описанной системой регистрации, состоит из двух частей. В первой (диалоговой) части студентам предлагается ответить на контрольные вопросы по лабораторной работе. Эти вопросы не сложные, но в то же время для ответа на них необходимо познакомиться с описанием к лабораторной работе. Помимо контрольных вопросов в диалоговой части содержится информация о том, как правильно проводить измерения, что для этого следует проверить, и как это сделать. Вторая часть программы --- собственно проведение эксперимента. На этом этапе работы производится измерение количества частиц, прошедших поглотитель разной толщины. Прежде чем переходить к набору этих экспериментальных данных, студентам необходимо подобрать длительность времени счета, согласно объяснениям, содержащимся в диалоговой части. После набора и сохранения, экспериментальные данные обрабатываются. Делается обработка при помощи программы MCAD. Файл по обработке данных согласно описанию к лабораторной работе уже написан, и необходимо им только воспользоваться. Выбор этого программного продукта для обработки экспериментальных данных был сделан по следующим причинам: • Явно выраженный диалоговый режим общения с пользователем. • Формулы на экране персонального компьютера представлены в привычном

виде (как на бумаге), что облегчает понимание производимых

Рис. 1 Блок--схема системы регистрации β-частиц

математических операций. К тому же возможно написание дополнительных текстовых пояснений.

• Широкие графические возможности представления результата вычислений и легкость манипулирования ими.

• Полная или частичная распечатка наработанного документа с формулами, данными, графикам и комментариями в том виде в каком он изображен на экране дисплея.

• Немаловажной причиной является и то, что данная программа широко используется в практике научных исследований и студентам полезно познакомиться с ней.

Пример конечного результата, получаемого студентами после проведения набора экспериментальных данных, представлен на рис.2. Здесь приведена зависимость количества частиц N , прошедших алюминиевый поглотитель, от его толщины t . Явно видны два прямолинейных участка. Это связано с тем, что используемый в работе радиоактивный источник 90Sr (стронций--90 с энергией β-распада Emax=0.546 Mэв ) двух компонентный. Вторая компонента связана с радиоактивностью "дочернего" ядра 90Y (иттрий -90 Emax=2.27 Mэв.

Заключение

Описанная система сбора и обработки экспериментальных данных с использованием персонального компьютера позволяет освободить студентов от рутинной работы по сохранению и перезаписи информации, от проведения предварительной тривиальной статистической обработки. Это дает возможность студентам сосредоточить свое внимание на физических процессах изучаемого явления, а также закономерностях, которым оно отвечает

Количество частиц, прошедших через алюминиевый поглотитель, в зависимости от его толщины. Кривая поглощения получена с использованием радиоактивного источника 90Sr.}