Doświadczenie nr 7. Określenie średniego czasu życia mionu.

Podobne dokumenty
Doświadczenie nr 6 Pomiar energii promieniowania gamma metodą absorpcji elektronów komptonowskich.

Ćwiczenie nr 2. Pomiar energii promieniowania gamma metodą absorpcji

Ćwiczenie nr 5. Pomiar górnej granicy widma energetycznego Promieniowania beta metodą absorpcji.

Ćwiczenie 9. Pomiar bezwględnej aktywności źródeł promieniotwórczych.

wyznaczenie zasięgu efektywnego, energii maksymalnej oraz prędkości czastek β o zasięgu maksymalnym,

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 96: Dozymetria promieniowania gamma

Wyznaczanie bezwzględnej aktywności źródła 60 Co. Tomasz Winiarski

Badanie absorpcji promieniowania γ

C5: BADANIE POCHŁANIANIA PROMIENIOWANIA α i β W POWIETRZU oraz w ABSORBERACH

Wyznaczanie stałej słonecznej i mocy promieniowania Słońca

C5: BADANIE POCHŁANIANIA PROMIENIOWANIA α i β W POWIETRZU oraz w ABSORBERACH

Oddziaływanie cząstek z materią

ĆWICZENIE 3. BADANIE POCHŁANIANIA PROMIENIOWANIA α i β w ABSORBERACH

LABORATORIUM PROMIENIOWANIE W MEDYCYNIE

BADANIE INTERFERENCJI MIKROFAL PRZY UŻYCIU INTERFEROMETRU MICHELSONA

Ćwiczenie nr 5 : Badanie licznika proporcjonalnego neutronów termicznych

TRANSPORT NIEELEKTROLITÓW PRZEZ BŁONY WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZEPUSZCZALNOŚCI

OZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA POCHŁANIANIA PROMIENIOWANIA GAMMA PRZY UŻYCIU LICZNIKA SCYNTYLACYJNEGO

Wyznaczanie sił działających na przewodnik z prądem w polu magnetycznym

Wyznaczanie współczynnika rozpraszania zwrotnego. promieniowania β.

Interwał, geometria czasoprzestrzeni Konsekwencje tr. Lorentza: dylatacja czasu i kontrakcja długości

Ćw. nr 31. Wahadło fizyczne o regulowanej płaszczyźnie drgań - w.2

BŁĘDY W POMIARACH BEZPOŚREDNICH

Badanie transformatora

Wyznaczanie krzywej ładowania kondensatora

BADANIE CHARAKTERYSTYK FOTOELEMENTU

Wyznaczanie stosunku e/m elektronu

Promieniowanie kosmiczne

Ćwiczenie nr 96: Dozymetria promieniowania γ

Wyznaczenie masy optycznej atmosfery Krzysztof Markowicz Instytut Geofizyki, Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Mechaniczny Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu LABORATORIUM TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ

Promieniowanie jonizujące Wyznaczanie liniowego i masowego współczynnika pochłaniania promieniowania dla różnych materiałów.

LABORATORIUM POMIARY W AKUSTYCE. ĆWICZENIE NR 4 Pomiar współczynników pochłaniania i odbicia dźwięku oraz impedancji akustycznej metodą fali stojącej

Wyznaczanie profilu wiązki promieniowania używanego do cechowania tomografu PET

ĆWICZENIE NR 1. Część I (wydanie poprawione_2017) Charakterystyka licznika Geigera Műllera

Badanie własności hallotronu, wyznaczenie stałej Halla (E2)

Badanie transformatora

Identyfikacja cząstek

Wyniki pomiarów okresu drgań dla wahadła o długości l = 1,215 m i l = 0,5 cm.

Ćwiczenie 11. Spektrometr beta.

Tutaj powinny znaleźć się wyniki pomiarów (tabelki) potwierdzone przez prowadzacego zajęcia laboratoryjne i podpis dyżurujacego pracownika obsługi

Ćwiczenie M-2 Pomiar przyśpieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego Cel ćwiczenia: II. Przyrządy: III. Literatura: IV. Wstęp. l Rys.

Pochodna i różniczka funkcji oraz jej zastosowanie do obliczania niepewności pomiarowych

Pomiar górnej granicy widma energetycznego promieniowania β metodą absorpcji

Narodowe Centrum Badań Jądrowych Dział Edukacji i Szkoleń ul. Andrzeja Sołtana 7, Otwock-Świerk

Osłabienie promieniowania gamma

Ćwiczenie 16. Temat: Wzmacniacz w układzie Darlingtona. Cel ćwiczenia

Rozważania rozpoczniemy od fal elektromagnetycznych w próżni. Dla próżni równania Maxwella w tzw. postaci różniczkowej są następujące:

Wyznaczanie współczynnika sprężystości sprężyn i ich układów

SYMULACJA GAMMA KAMERY MATERIAŁ DLA STUDENTÓW. Szacowanie pochłoniętej energii promieniowania jonizującego

Ćwiczenie 2 WSPÓŁPRACA JEDNAKOWYCH OGNIW FOTOWOLTAICZNYCH W RÓŻNYCH KONFIGURACJACH POŁĄCZEŃ. Opis stanowiska pomiarowego. Przebieg ćwiczenia

Metody badań kamienia naturalnego: Oznaczanie wytrzymałości na zginanie pod działaniem siły skupionej

BADANIE EFEKTU HALLA. Instrukcja wykonawcza

( F ) I. Zagadnienia. II. Zadania

WSKAZÓWKI DO WYKONANIA SPRAWOZDANIA Z WYRÓWNAWCZYCH ZAJĘĆ LABORATORYJNYCH

Badanie efektu Dopplera metodą fali ultradźwiękowej

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 9: Swobodne spadanie

Wyznaczanie momentu magnetycznego obwodu w polu magnetycznym

Wyznaczanie składowej poziomej natężenia pola magnetycznego Ziemi za pomocą busoli stycznych

Wyznaczanie momentu magnetycznego obwodu w polu magnetycznym

Radon w powietrzu. Marcin Polkowski 10 marca Wstęp teoretyczny 1. 2 Przyrządy pomiarowe 2. 3 Prędkość pompowania 2

Szkoła z przyszłością. Zastosowanie pojęć analizy statystycznej do opracowania pomiarów promieniowania jonizującego

Odkrycie jądra atomowego - doświadczenie Rutherforda 1909 r.

Podstawy niepewności pomiarowych Ćwiczenia

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 13: Współczynnik lepkości

Bierne układy różniczkujące i całkujące typu RC

Ćwiczenie z fizyki Doświadczalne wyznaczanie ogniskowej soczewki oraz współczynnika załamania światła

III.2 Transformacja Lorentza położenia i czasu.

Wyznaczanie oporu elektrycznego właściwego przewodników

Analiza zderzeń dwóch ciał sprężystych

Atmosfera ziemska w obserwacjach promieni kosmicznych najwyższych energii. Jan Pękala Instytut Fizyki Jądrowej PAN

Sposoby opisu i modelowania zakłóceń kanałowych

Dostosowywanie programu kierunku Fizyki poprzez opracowanie 30 nowych ćwiczeń na pracowniach fizycznych i pracowni elektronicznej

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

Theory Polish (Poland)

Seminarium. -rozpad α -oddziaływanie promienowania z materią -liczniki scyntylacyjne. Konrad Tudyka

Laboratorium techniki laserowej Ćwiczenie 2. Badanie profilu wiązki laserowej

Ćw. nr 1. Wyznaczenie przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła prostego

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 51: Współczynnik załamania światła dla ciał stałych

Ćwiczenie 57 Badanie absorpcji promieniowania α

DOKŁADNOŚĆ POMIARU DŁUGOŚCI

Wyznaczanie współczynnika załamania światła

Automatyka i pomiary wielkości fizykochemicznych. Instrukcja do ćwiczenia III. Pomiar natężenia przepływu za pomocą sondy poboru ciśnienia

gamma - Pochłanianie promieniowania γ przez materiały

DRGANIA SWOBODNE UKŁADU O DWÓCH STOPNIACH SWOBODY. Rys Model układu

Ćwiczenie LP2. Jacek Grela, Łukasz Marciniak 25 października 2009

Ćwiczenie nr 43: HALOTRON

CZAS ŻYCIA MIONÓW. I. Cel ćwiczenia i metoda pomiarów

Skręcenie wektora polaryzacji w ośrodku optycznie czynnym

Ć W I C Z E N I E N R M-2

INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA ZAKŁAD GEOINŻYNIERII I REKULTYWACJI ĆWICZENIE NR 4 OKREŚLENIE WSPÓŁCZYNNIKA STRAT LOEKALNYCH

γ6 Liniowy Model Pozytonowego Tomografu Emisyjnego

prędkości przy przepływie przez kanał

Wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu

Wyznaczanie przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego (Katera)

Badanie rozkładu pola magnetycznego przewodników z prądem

LABORATORIUM PODSTAW TELEKOMUNIKACJI

Analiza zderzeń dwóch ciał sprężystych

POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ CHEMICZNY OZNACZANIE AKTYWNOŚCI, OKRESU PÓŁTRWANIA I MAKSYMALNEJ ENERGII PROMIENIOWANIA

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 41: Busola stycznych

Transkrypt:

Doświadczenie nr 7 Określenie średniego czasu życia mionu. Teleskop licznikowy Układ elektroniczny 1. Student winien wykazać się znajomością następujących zagadnień: 1. Promieniowanie kosmiczne wpływ ziemskiego pola magnetycznego na natężenie tego promieniowania.. Promieniowanie pierwotne jakie cząstki wchodzą w skład tego promieniowania. 3. Promieniowanie wtórne gdzie i jak powstaje: a przenikliwa składowa tego promieniowania b miękka składowa. 4. Piony rodzaje pionów i ich własności. 5. Miony rodzaje i własności mionów. 6. Wyznaczanie czasu życia mionów.

Pomoc merytoryczna potrzebna do opracowania wyników: Zależność natężenia przenikliwej składowej promieniowania kosmicznego od kierunku i oszacowanie średniego czasu życia mionu µ. W ćwiczeniu dokonuje się oszacowania średniego czasu życia mionów (cząstek nietrwałych stanowiących przeważającą (tzw. przenikliwą część promieniowania kosmicznego docierającego do powierzchni Ziemi na podstawie stosunkowo prostego pomiaru i przyjęcia szeregu dodatkowych założeń nie związanych bezpośrednio z samym eksperymentem. Jak wykazały badania miony promieniowania kosmicznego są wynikiem szybkiego rozpadu mezonów generowanych przez pierwotne cząstki kosmiczne w górnych warstwach atmosfery. Można przyjąć że miony te powstają głównie w stosunkowo cienkiej warstwie atmosfery znajdującej się na wysokości około l 15 km co odpowiada ciśnieniu określonemu warstwą powietrza o grubości masowej równej 13 [g/cm ]. Oznacza to że miony które docierają do powierzchni Ziemi lecąc w kierunku pionowym musiały przebyć odległość l (15 km której grubość masowa wynosiła: 1. H (133-13[g/cm ] 91 [g/cm ]. Dla mionu lecącego w kierunku powierzchni Ziemi pod kątem azymutalnym będziemy mieli odpowiednio:. 3. cos H H cos Przebycie dłuższej drogi geometrycznej (l l nawet gdyby zaniedbać zmniejszanie się prędkości w wyniku strat energii wymaga dłuższego czasu a zatem zwiększa szansę na spontaniczny rozpad mionów w locie. Z kolei potrzeba przebycia przez miony większej grubości masowej (H H zwiększa możliwość ich zatrzymania w wyniku strat jonizacyjnych. Oba te czynniki sprawiają że mierzone na poziomie morza natężenie przenikliwej składowej promieniowania kosmicznego maleje ze wzrostem kąta azymutalnego (maksimum przypada na zerową wartość tego kąta - kierunek pionowy. Jeżeli średni czas życia lecących w stronę powierzchni Ziemi mionów (w układzie związanym z Ziemią oznaczyć przez τ i wziąć pod uwagę że z reguły miony te mają prędkość bliską prędkości światła to można przyjąć że średnia droga mionów ze względu na ich rozpad jest z dobrym przybliżeniem równa: l rozp cτ Miony lecące pod kątem azymutalnym mają do przebycia drogę dłuższą niż lecące pionowo o 4. l 1 l l 1 cos a to oznacza że ich szansa na dotarcie do powierzchni Ziemi jest ze względu na rozpad

K 1 5. P( razy mniejsza niż lecących pionowo ( 6. P ( l exp rozp l gdzie lub 7. P( exp cτ Uwzględnienie osłabienia natężenia przenikliwej składowej promieniowania kosmicznego (mionów wskutek strat jonizacyjnych a w szczególności określenie zależności tego osłabienia od kąta azymutalnego jest bardziej skomplikowane. Dodatkowe osłabienie w stosunku do pionu dla danego kierunku można określić empirycznie przez wyznaczenie dla kierunku pionowego osłabienia jakie dałoby umieszczenie absorbenta (np. odpowiedniej warstwy grafitu nad teleskopem licznikowym mierzącym natężenie składowej przenikliwej promieniownia kosmicznego. Absorbent powinien być ekwiwalentny - ze względu na pochłanianie - warstwie powietrza o grubości masowej równej: 8. H H 1 H H 1. cos Jeżeli więc współczynnik charakteryzujący to osłabienie oznaczyć przez P( H to obserwowane przy powierzchni Ziemi natężenie mionów dla kierunku może być opisane wzorem 9. P ( H P ( gdzie dla. Ze wzoru (8 otrzymujemy 1. P( H P ( i dalej 11. P( P 1 ( H a więc pomiary stosunku (6] oszacować τ. i P( H pozwoliłyby znaleźć P( a w konsekwencji [por. wzór Pomiarów i a ściślej proporcjonalnych do i szybkości zliczeń n i n można dokonać rejestrując dla teleskopu pracujących w koincydencji liczników G-M (patrz Rysunek nr 1

szybkości zliczeń dla dwu ustawień: pionowego ( i po odchyleniu go od pionu o kąt. Jak już zaznaczono P( H można również wyznaczyć za pomocą tego samego teleskopu umieszczając nad nim (w położeniu pionowym odpowiedni absorbent. Ze względu na czasochłonność pomiarów w tym ćwiczeniu przedmiotem bezpośredniego pomiaru będą proporcjonalne do i szybkości zliczeń koincydencji n i n (dalej będziemy traktować n i n oraz i odpowiednio jako ekwiwaletne wielkości. O ile chodzi o P( H to zostaną w ćwiczeniu wykorzystane gotowe wyniki odnośnych eksperymentów które pokazały że z dobrym przybliżeniem można przyjąć że: 1. P ( H ( cos 1 6. Wstawiając wzory (7 i (1 do wzoru (9 otrzymamy: cτ 16 13. (cos e skąd ln 14. cτ gdzie wprowadzono oznaczenie 16 cos (. 15. Rozwiązując równanie (14 względem τ otrzymujemy: 16. τ c 1 ln. Zatem pomiar oraz pozwala oszacować średni czas życia mionów kosmicznych w locie. Komentarz: Jeśli niestabilna cząstka charakteryzuje się średnim czasem życia τ w układzie z nią związanym równym to w układzie względem którego porusza się ona z prędkością v jej średni czas życia wynosi gdzie 17. τ τ v β 18. c. 1 1 β Uwzględniając że energia całkowita cząstki jest określona wzorem 19. M c 1 β

gdzie M jest masą spoczynkową cząstki możemy wzór (17 zapisać w postaci. τ τ Mc. Występująca we wzorze (15 τ jest średnią czasów τ uwarunkowaną rozkładem energetycznym mionów. Koniec komentarza. (] W naszych oszacowaniach przyjmujemy że można we wzorze (16 położyć [por. wzór 1. τ τ Mc gdzie oznacza średnią energię tych mionów które lecąc z górnej warstwy atmosfery gdzie powstały mogły mimo absorpcji dotrzeć do powierzchni Ziemi czyli tych których energia była większa od pewnego min (zależnego m.in. od określonego stratami jonizacyjnymi. Zgodnie z danymi literaturowymi średnia strata jonizacyjna energii mionu w powietrzu jest określona zależnością: a więc. 3. d MeV cm dh g min ( [ MeV ] H cos gdzie H jest wyrażone w [g/cm ]. Znajomość min ( wzoru: pozwala obliczyć za pomocą 4. min ( min ( dn d dn d d d gdzie jest energią mionu a dn/d rozkładem energetycznym mionów tak że 5. [dn/d] d oznacza ułamek mionów posiadających energię z przedziału + d. Odnośne pomiary pokazują że 6. dn/d A / 6 gdzie A jest stałą. Rozwiązując równanie (4 z uwzględnieniem (6 otrzymamy:

7. 8 min (. 3 Zastępując we wzorze (16 τ przez (1 otrzymujemy 8. τ c M c ln gdzie: Mc energia spoczynkowa mionu c prędkość światła. jest określona wzorem (4 wzorem (7 a wzorem (15 gdzie jest natężeniem promieniowania mionowego dla. jest analogicznym natężeniem dla (można zastąpić i przez n i n odpowiednio. UWAGA: W wykonywanym ćwiczeniu miony oprócz warstwy powietrza musiały przejść przez stropy betonowe (pomiar prowadzi się w budynku i absorbent ołowiany w teleskopie. Z dobrym przybliżeniem wynikającą stąd dodatkową absorpcję można uwzględnić kładąc we wzorze ( H 13 [g/cm ] a nie 91 [g/cm ] jak to wynika ze wzoru (.. Cel doświadczenia. Celem doświadczenia jest pomiar oraz. 3. Technika pomiarów. a Zapoznać się z układem pomiarowym a w szczególności sprawdzić obecność absorbentów ołowianych miedzy górnymi i dolnymi licznikami teleksopu oraz przećwiczyć sposób justowania (ustawiania w odnośnej pozycji teleskopu (przed podłączeniem zasilania liczników. Uwaga: Użyty w ćwiczeniu teleskop posiada dwie grupy liczników (górną i dolną połączonych tak że działają one jak pojedyncze liczniki o większych rozmiarach poprzecznych (odpowiedniki L 1 i L nie ma L 3 mamy tu licznik dwuteleskopowy.

b Włączyć układ zasilający w obecności prowadzącego. Schemat ideowy układu pomiarowego przedstawia poniższy rysunek: b Zmierzyć szybkość zliczeń n oraz n (dla 45 w dwu seriach pomiarowych. W każdej serii pomiar n prowadzić w ciągu 1 godziny a n w ciągu 15 godziny. Komentarz: Student przeprowadza jedna serię pomiarową (ze względu na czas trwania ćwiczenia a jako wynik drugiej serii przyjmuje wyniki uzyskane wcześniej przez innego studenta otrzymuje je od Opiekuna Technicznego pracowni. 4. Opracowanie wyników. Na podstawie uzyskanych wyników pomiarowych n i n należy obliczyć dla każdej serii pomiarowej oddzielnie i dla średnich z obu serii następujące wielkości: a Posługując się wzorem (16 obliczyć średni czas życia mionów w układzie związanym z Ziemią.

b W oparciu o wzór (8 obliczyć czas życia mionów w układzie w którym są one w spoczynku. c Korzystając ze wzoru (17 oszacować średnią prędkość mionów które lecąc z kierunku określonego kątem przeszły przez liczniki teleskopu. d Doświadczenie pokazuje że zależność natężenia składowej przenikliwej od kierunku ich lotu przy powierzchni Ziemi spełnia zależność n cos (. Obliczyć wartość wykładnika n wynikającą z przeprowadzonych pomiarów(n n.