Опис вимірювальної установки і методика вимірювань

Розглянемо один з методів визначення довжини світлової хвилі за допомогою дифракційної ґратки. Цей метод, схема установки якого зображена на рис. 1.25.2, полягає у тому, що дифракційний спектр розглядають безпосередньо на екрані . На рис. 1.25.1: – дифракційна ґратка, на яку падає паралельний монохроматичний пучок світла від джерела S, l – відстань від дифракційної ґратки до екрана , x – відстань між середніми точками дифракційних смуг для 1-го, 2-го і т.д. порядків (на рисунку – відстань між смугами 1-го порядку).

Для визначення довжини хвилі за формулою (1.25.2) необхідно знати . Оскільки , то і тоді

.

Підставляючи значення у вираз (1.25.2), отримаємо остаточну формулу для знаходження довжини хвилі

.

(1.25.3)

Довжини хвиль вимірюють в нанометрах або в ангстремах (1 Ǻ м).

Порядок виконання роботи

1. Увімкнути джерело світла.

2. Встановити екран на такій відстані від дифракційної ґратки, щоб на ньому одержати чітке зображення центральної смуги та спектрів 1-го і 2-го порядків.

3. Виміряти відстань від екрана до дифракційної ґратки – l.

4. Виміряти лінійкою на екрані відстань між смугами 1-го порядку і смугами 2-го порядку .

5. Отримані значення підставити у формулу (1.25.3) і обчислити довжину хвилі.

6. Всі результати занести в таблицю 1.25.1.

Таблиця 1.25.1

Порядок спектру k	Відстань між смугами , мм		, нм
1
2
С ереднє значення

Контрольні запитання

1. Що таке дифракція світлових хвиль?

2. Сформулюйте принцип Гюйгенса-Френеля і поясніть за його допомогою явище дифракції.

3. Яка необхідна умова у співвідношенні довжини хвилі світла і періоду ґратки, щоб можна було спостерігати явище дифракції?

4. Що таке постійна d (період) дифракційної ґратки?

5. Що відбувається, коли на дифракційну ґратку спрямувати пучок білого світла і пучок монохроматичного світла?

6. У чому подібність і відмінність у явищах дисперсії світла і взаємодії білого світла з дифракційною ґраткою?

ЯДЕРНА ФІЗИКА

Лабораторна робота №1.26 ознайомлення з роботою радіометрів-дозиметрів та вимірювання інтесивності іонізуючого випромінювання

Мета роботи: ознайомитися з основними видами іонізуючого випромінювання, вимірюванням їх інтенсивності.

Прилади: ДРГЗ-02, РКС-01 “СТОРА-ТУ”.

Теоретичні відомості

Уран, торій і деякі інші елементи мають властивості неперервно і без будь-яких зовнішніх впливів (тобто під впливом внутрішніх причин) випромінювати промені, які, подібно до рентгенівських, здатні проникати крізь непрозорі екрани і виявляти іонізаційну дію. Властивість самодовільного перетворення ядер нестійких ізотопів одного хімічного елементу у ядра ізотопів інших хімічних елементів дістала назву природної радіоактивності (від латинського слова radius – промінь). Елементи, що мають ці властивості, називаються радіоактивними елементами, а випромінювані ними промені – радіоактивними променями.

Властивості молекули, до складу якої входить радіоактивний елемент, не впливають на радіоактивність. Таким чином, радіоактивність являє собою не молекулярне явище, а внутрішню властивість атомів радіоактивного елемента.

Природна радіоактивність супроводжується випромінюванням певних частинок: -, -променів, антинейтрино, а також електромагнітного випромінювання ( -променів). Природна радіоактивність, переважно, спостерігається у елементів з важкими ядрами, що розташовуються в періодичній системі Менделєєва за свинцем. Існують і легкі природно-радіоактивні ядра: ізотопу калію , ізотопу вуглецю , рубідію та ін.

У магнітному полі пучок радіоактивних променів розділяється на три складові ( -, -, -промені), з яких дві відхиляються полем у протилежні боки: -промені несуть позитивний заряд, рівний за абсолютним значенням подвоєному заряду електрона, і являють собою потік ядер гелію, -промені є потоком швидких електронів з енергією, що досягає 10 МеВ, і швидкістю, близькою до швидкості світла у вакуумі. Третя складова, -промені, не зазнає відхилення і являє собою жорстке електромагнітне випромінювання, маючи найбільшу з усіх радіоактивних випромінювань проникаючу здатність.

Частоти -променів перевищують частоти найбільш жорстких рентгенівських променів. Квантові властивості -променів проявляються ще більшою мірою, ніж рентгенівських. Склад радіоактивних -, -, -променів (радіоактивні випромінювання) можна встановити за їхнім відхиленням в електричному або магнітному полі (рис. 1.26.1). На цьому рисунку 1 – товстостінна посудина зі свинцю, 2 – радіоактивне джерело.

-, -, -промені дуже різняться між собою за властивостями, зокрема за здатністю проникати крізь речовину.

Виявляється, що першим зникає слід -частинок. -частинки повністю поглинаються вже аркушем паперу товщиною близько 0,1 мм. Потік -частинок поступово послаблюється зі збільшенням товщини екрана і поглинається повністю алюмінієвим екраном товщиною кілька міліметрів. Найбільш проникними є -промені. Шар алюмінію товщиною 1 см майже не послаблює їх інтенсивності.

Речовини з великим атомним номером значно більше поглинають -промені. Щодо цього -промені схожі на рентгенівські. Наприклад, 1 см свинцю ( ) послаблює пучок -променів приблизно вдвічі.

Характер взаємодії ядерного випромінювання з речовиною залежить від типу, заряду, маси та енергії частинок, а також від характеристик речовини (густини, атомного номера, середнього іонізаційного потенціалу тощо). Заряджені частинки іонізують атоми речовини, -кванти передають атомам речовини енергію, викликаючи появу вторинних електронів. За великих енергій імовірне проходження ядерних реакцій.

Для кількісної оцінки дії ядерного випромінювання на речовину використовують ряд величин, які називають дозиметричними. Розглянемо основні дозиметричні величини та одиниці їх вимірювання.

Поглинутою дозою називається середня енергія іонізуючого випромінювання, яка поглинається одиницею маси опроміненої речовини. Вимірюється в системі СІ в Греях (Гр):

.

Позасистемною одиницею поглинутої дози є 1 рад:

,

Експозиційною дозою називається абсолютне значення повного заряду, що утворюється в одиниці маси повітря під дією рентгенівського і -випромінювання. Вимірюється в системі СІ в одиницях 1 Кл/кг, які зв’язані з іншою одиницею – Рентгеном (Р) співвідношенням:

.

Існує зв’язок між експозиційною та поглинутою дозами

,

де – для сухого повітря.

Еквівалентна доза використовується для оцінки можливої шкоди здоров’ю людини від систематичної дії іонізуючого випромінювання. Еквівалентна доза є поглинутою дозою, помноженою на коефіцієнт якості (K), що враховує здатність певного типу випромінювання пошкоджувати тканини живого організму. Вимірюється в системі СІ в Зівертах (Зв), що відповідає поглинутій дозі 1 Гр. Коефіцієнт якості К приймають рівним

20 – для -випромінювання;

10 – для -випромінювання;

1 – для -випромінювання.

Використовують також одиницю еквівалентної дози – 1 бер

.

Колективна еквівалентна доза – це еквівалентна доза, помножена на кількість людей, опромінених цією дозою. Вимірюється в системі СІ в людино-Зівертах.

Потужністю дози називають величину дози, поглинутої за одиницю часу. Для розглянутих вище доз потужності вимірюються в одиницях:

1 Гр/с; 1 Кл/(кг·с); 1 Р/с; 1 Зв/с.