Описание установки

В данной работе исследуется полупроводник ММТ. Исследуемый образец помещается в термостат, который наполнен непроводящей жидкостью. Температура в термостате измеряется термометром. Исследуемый полупроводник подключается к мосту постоянного тока. Уравновешивая мост, измеряют величину сопротивления, как функцию температуры.

Порядок работы

1. Ознакомиться с методикой измерения сопротивления с помощью моста постоянного тока.

2. Измерить сопротивление исследуемого образца при комнатной температуре.

3. Включить нагреватель и, повышая температуру, измерить сопротивление образца через каждые десять градусов в интервале от 20⁰С до 80⁰С.

4. Значение сопротивлений записать в соответствующие таблицы.

5. По данным таблицы построить график зависимости сопротивления полупроводника от температуры.

6. По уравнению (13.8) рассчитать В, используя R₁ и R₂ для двух значений Т₁ и Т₂, близких к комнатной.

7. Используя уравнение (13.9), рассчитать ширину запрещенной зоны полупроводникового терморезистора.

8. Рассчитать ТКС полупроводника по уравнению (13.7), приняв Т=300К.

Контрольные вопросы

1. В чем отличие энергетической структуры проводников и полупроводников?

2. Каков характер проводимости полупроводников?

3. Что такое «электронная проводимость», «дырочная»?

4. Каково различие проводимости полупроводников от проводимости металлов?

5. Какие полупроводники называются собственными полупроводниками?

6. Почему ТКС полупроводников отрицательный?

7. Какова размерность температурного коэффициента сопротивления (ТКС)?

Работа №3.14 снятие счетной характеристики счетчика по космическому излучению

Цель работы: наблюдение и измерение мягкой компоненты вторичных космических лучей при помощи счетчика Гейгера – Мюллера.

Приборы и принадлежности: экспериментальная установка типа СТС-5, состоящая из газового счетчика, секундомера, металлических экранов и счетчика импульсов.

Введение

Космическими лучами называются потоки элементарных частиц и атомных ядер, приходящих на Землю из космического пространства.

Первичное космическое излучение, наблюдаемое за пределами земной атмо­сферы, состоит в основном из протонов высокой энергии и небольшого количе­ства ядер более тяжелых элементов. При прохождении через атмосферу они сталкиваются с ядрами атомов атмосферных газов и вызывают различные ядерные превращения, приводящие к возникновению вторичного космического излучения.

В составе вторичных космических лучей имеются компоненты: «жесткая» (малопоглощаемая), проникающая сквозь большие толщи вещества, и «мяг­кая» (легко поглощаемая веществом).

Важную роль при возникновении жесткой компоненты вторичного излуче­ния играет генерация -мезонов (или пионов), рождающихся при столкнове­нии протонов первичного излучения с нуклонами ядер. Существуют положи­тельные  +, отрицательные  - и нейтральные ° пионы. Заряд положи­тельного и отрицательного пионов равен элементарному заряду е. Масса заря­женных пионов одинакова и равна 273 m_е, масса нейтрального пиона равна 264 m_е, где m_е — масса электрона; m_е = 9,110^-31 кг.

Заряженные пионы имеют время жизни 2,5610^–8с, после чего распадают­ся на  -мезоны (или мюоны) по схеме

где ⁺ и ^- - положительный и отрицательный мюоны,

- нейтрино и - антинейтрино.

Положительный и отрицательный заряды мюонов равны элементарному за­ряду е. Масса заряженных мюонов равна 207 m_е (нейтральных мюонов не существует). Время жизни мюонов составляет 2,2210^-6 с после чего они распадаются на другие частицы. Мюоны не взаимодействуют с ядрами ато­мов, способны проходить в веществе огромные расстояния и являются главной частью жесткой компоненты вторичного излучения. Кроме мюонов в жесткую компоненту входит часть дошедших до Земли первичных протонов и образо­вавшихся в результате ядерных реакций быстрых протонов и нейтронов.

Мягкая компонента состоит из электронов, позитронов и фотонов, которые возникают при распаде других элементарных частиц и исчезают при взаимо­действии друг с другом и ядрами атомов. Так, например, при распаде мюонов образуются электроны и позитроны по схеме

где е⁺ - позитрон, е^- - электрон.

При столкновении с ядрами атомов электроны и позитроны вызывают по­явление  - квантов, которые в свою очередь генерируют в поле ядерных сил электронно-позитронные пары.

Задача данной работы заключается в наблюдении и измерении мягкой ком­поненты (,--излучения) вторичных космических лучей при помощи счет­чика Гейгера-Мюллера, являющегося основной частью экспериментальной уста­новки.

Для выполнения работы используется установка типа 4 СТС 5. С помощью этой установки можно производить не только снятие счетной характеристики, но и определение активности изотопа, линейного коэффициента поглощения -лучей, -излучений и других характеристик космического и радиоактивного излучений.

Космическая частица воздействует на счетчик Гейгера-Мюллера, который является основной частью установки и состоит из круглого проводящего ци­линдра 1 (рис. 14.1) с натянутой вдоль оси цилиндра тонкой металлической нитью 2. К нити подключается положительный полюс от выпрямителя. Отри­цательный полюс подключается к цилиндру и соединяется с землей.

Пространство между электродами 1 и 2 заполнено газом при пониженном давлении. Между ними создается высокая разность потенциалов порядка 300-350 В. Влетевшая космическая частица ионизирует газ между электродами счетчика, образовавшиеся ионы отводятся к электродам и создают ток через сопротивление 3. Падение напряжения с этого сопротивления через конденсатор 4 и провода 5 подается на пересчетный прибор и после усиления создает на его выходе счетный импульс. Вторая частица создает второй импульс и т.д.

Рис. 14.1

Чтобы снять счетную характеристику, необходимо поставит рукоятку регулировки напряжения в крайнее левое положение, соответствующее минимуму подаваемого напряжения, и включить установку в сеть тумблером. После прогрева в течении 1-5 мин. медленно повышать напряжение до потенциала зажигания счетчика U₃. При U<U₃ счетчик работать не будет. Убедившись в том, что газовый счетчик начал работать, можно приступить к снятию характеристики. Нужно включить тумблер пуска и одновременно секундомер. После 5 мин. включить тумблер пуска и секундомер, подсчитать число импульсов и записать напряжение по вольтметру. Затем повышать напряжение скачками через 50-100 В, и при каждом из них включать тумблер и секундомер, и просчитать число импульсов за определенное время. По полученным значениям N, U построить графическую зависимость числа импульсов, примерный вид которой приведен на рис. 14.2.

На счетной характеристике имеется почти прямолинейный участок, соответствующий разности напряжений от U₁ до U₂. В этом диапазоне счет почти не изменяется при изменении напряжения, счетчик фиксирует все частицы и работает наиболее устойчиво. Этот участок, называемый «плато», рекомендуется использовать на практике в качестве рабочего.

Рис. 14.2

После окончания работы и выключения установки необходимо кнопку «сброс» держать нажатой в течении 0,2-0,5 мин., чтобы снять высокое напряжение.