- •Введение в методику экспериментов по физике атома, атомных явлений, ядра и элементарных частиц
- •Хронология экспериментов по исследованию структуры атома
- •1. Научные методы исследования в физике микрочастиц
- •1.1 Спектральный анализ
- •1.1.1 Предмет спектрального анализа. Структура атомных спектров.
- •1.1.2 Источники света
- •1.1.3 Спектральные приборы
- •1.1.4 Регистрация спектров
- •1.2.1 Постановка экспериментов по рассеянию
- •1.2 Рассеяние микрочастиц
- •1.2.2.Источники частиц
- •1.2.3 Детекторы частиц
- •1.3 Определение значений флуктуирующих величин
- •2. Некоторые явления физики микромира
- •2.1 Неопределенность значений отдельных сопряженных величин
- •2.2 Туннельный эффект
- •2.3 Вынужденное излучение. Лазеры
- •2.4 Изотопический сдвиг
- •2.5 Уширение спектральных линий
- •2.6 Радиоактивность
- •2.6.1 Общая характеристика радиоактивности
- •2.6.2 Радиоактивность
- •2.6.5 Взаимодействие ядерных излучений с веществом.
- •Зависимость максимального пробега -частиц от энергии в алюминии, биологической ткани (или воде) и воздухе
- •Зависимость пробега -частиц от начальной энергии в воздухе,
- •3. Модели
- •3.1 Модели атома
- •1. Основные понятия и определения:
- •2. Полуэмпирическая формула Бете-Вайцзеккера (бв):
- •3. Модель энергетических зон в твердых телах.
- •4. Зонная модель проводимости туннельного диода.
- •3.5 Математическая модель движения частиц в силовых полях
- •4. Методика экспериментальных исследований в лабораторном практикуме для студентов
- •Основное задание каждого исследования
- •Охрана труда и техника безопасности в лабораториях физики микрочастиц.
- •Опасность
- •4.1.2. Сериальная структура спектра водорода
- •4.1.3. Исследование спектральной чувствительности фотоэлемента
- •4.1.4 Оптические квантовые генераторы
- •8. Выполнить основное задание данного исследования
- •4.2. Квантовые явления в полупроводниках.
- •4.2.1. Определение ширины запрещенной зоны полупроводника
- •4.2.3. Особенности вольт-амперных характеристик
- •4.3. Регистрация и количественная оценка ядерных излучений
- •4.3.1. Статистические свойства радиоактивных препаратов
- •4.3.2 Компьютер как элемент экспериментальной установки в исследованиях по физике микрочастиц
- •4.3.3 Счетчик Гейгера-Мюллера и его параметры
- •4.3.4 Исследование b-активности изотопа калия 19к40
- •4.4. Поглощение радиоактивного излучения в газах и твердых телах
- •4.4.1 Свободный пробег a-частиц в воздухе.
- •4.4.2. Исследование явления поглощения b-частиц в металлах
- •4.5. Математическое моделирование
- •4.5.1. Движение микрочастиц в бесконечно глубокой потенциальной яме
- •Творческие задания.
- •4.5.2. Масса и энергия связи атомных ядер
- •Литерарура
4.3.2 Компьютер как элемент экспериментальной установки в исследованиях по физике микрочастиц
Цель работы: ознакомиться с одним из возможных способов использования компьютера в экспериментальных исследованиях.
Приборы и принадлежности: прибор «Сосна», радиоактивные препараты, компьютер.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА.
ТЕОРИЯ МЕТОДА И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ
Для экспериментального исследования закона распределения случайных величин используется прибор «Сосна», при помощи которого мы будем регистрировать количество -частиц, попавших на детектор. Компьютерная обработка результатов измерений статистики импульса осуществляется с помощью программы-счетчика Sosna по следующей схеме:
Открыть заднюю крышку прибора «Сосна» и положить прибор на стеклянную пластинку открытой стороной к пластинке.
Включить прибор «Сосна». Запустить программу счета импульсов Sosna в директории d:\sound\sosna.exe. Примечание. При запуске программы с выключенным прибором «Сосна» может произойти аварийное завершение программы. Для запуска программы необходим определенной уровень сигнала на входе звуковой карты компьютера, который и обеспечивается стеклом. При измерении фона уровень сигнала недостаточно высок, и нужно подкладывать стекло для запуска программы. После успешного запуска стекло можно убирать.
Программа работает следующим образом. После запуска она начинает счет импульсов. Число импульсов и время регистрации последнего импульса отображаются в нижнем окне программы, осциллограмма сигнала счетчика – в верхнем. При нажатии кнопки Stop происходит сброс счетчика и запись моментов регистрации импульсов в файл intervals.txt, который находится в той же папке, что и программа. При этом кнопка меняет свое название на Start. Внимание! Файл с данными перезаписывается заново каждый раз после сброса программы (а именно, после нажатия кнопки Stop), поэтому, желательно вручную переименовывать его перед последующим запуском программы-счетчика. Повторный запуск осуществляется нажатием кнопки старт.
Файл данных содержит времена регистрации импульсов счетчика в секундах от момента запуска программы (при первом измерении) или от момента нажатия кнопки Start. Файл обрабатывается с помощью документа Matcad hist2001.mcd в этой же папке. В нем имеются необходимые пояснения.
Обработка данных измерений в программе Mathcad.
При обработке данных в программе Mathcad файл разбивается на одинаковые временные отрезки – выборки. Число выборок записано в переменной sel_count, длительность отдельной выборки в секундах – в переменной sel_time. Функция peaks позволяет подсчитывать число пиков сигнала в каждой выборке. Результаты подсчета сохраняются в массиве peaks_count, который затем используется для построении гистограммы – функции, которая для каждого найденного значения числа импульсов подсчитывает их количество. Затем это распределение делится на суммарное число пиков во всех выборках для нормировки. Получается приближенная функция плотности вероятности числа импульсов для данных значений числа выборок(sel_count) и длительности(sel_time) отдельной выборки. Из теории (см.. выше) следует, что вероятностное распределение количества частиц, зарегистрированных счетчиком Гейгера частиц подчиняется закону Пуассона. Для проверки этого факта вместе с гистограммой строится функция распределения Пуассона с средним значением n0 определенным по всевозможным значениям числа отсчетов.
Отчет по работе должен содержать график осциллограммы сигнала, графики гистограммы и соответствующего распределения Пуассона построенные для трех различных комбинаций переменных sel_time и sel_count ,а также значения этих переменных и всех параметров, рассчитываемых программой.
Выполнить основное задание данного исследования
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Какие функции выполняет компьютер в данной установке?
Воспроизвести алгоритм работы компьютерной программы.
Сравнить действия компьютерной программы с действиями экспериментатора в работе 4.3.1.
Сравнить экспериментальные выводы работ 4.3.1 и 4.3.2