3. Исследование и печать вольтамперных характеристик.

1. В основном меню выберите исследование вольтамперных характеристик.

2. Загрузите анодную характеристику при температуре .

3. Выбрав значок настройки параметров вывода, выберите два окна с характеристиками.

4. Откройте вторую папку, выберите анодную характеристику при температуре .

5. Выбрав соответствующий значок, распечатайте анодные характеристики.

6. В файле выберите команду вернуться.

7. В настройках выберите окно с характеристикой и производной, загрузите вольтамперную характеристику задержки, выведите на печать.

5.4 Определение первого резонансного потенциала возбуждения атомов ртути и расчет длины волны соответствующего перехода.

1. По полученным данным определите резонансный потенциал . .

2. Рассчитайте длину волны обратного перехода:

Сравните с табличным значением равным

4. Расчет вероятности упругого и неупругого взаимодействий электронов с атомами ртути.

1. Рассчитайте площадь под кривыми производной задерживающей характеристики и получите значение тока определяемого количеством электронов участвующих в упругом и неупругом взаимодействиях.

2. Полученные значения тока разделите на общее значение тока, определяемого из характеристики задержки по графику рис. 6 при

Заметим, что такая методика имеет право на существование.

Функция распределения электронов по энергиям нам не известна, она представлена лишь графиком первой производной . Тогда, если известен график, например производной для неупругих взаимодействий, можно написать:

ч то определяется площадью под графиком

4. Контрольные вопросы.

1. Сформулируйте постулаты Бора.

2. Cуть опытов Франка и Герца.

3. Объясните различие анодной характеристики вакуумного триода и при наличии паров ртути.

4. Выведите соотношение для расчета потери энергии электрона в результате неупругого удара с атомом ртути.

5. Характеристика задержки и функция распределения электронов по энергиям

Лабораторная работа 11

Изучение ядерных реакций

Цель работы: проанализировать фотографии треков заряженных частиц, участвующих в ядерных реакциях, вычислить массу покоя дочернего ядра.

Приборы и принадлежности: транспортир, миллиметровая линейка, калька, карандаш.

Общие сведения и методические указания

Рис. 1.

Для регистрации ядерных реакций и измерения физических величин, характеризующих состояние частиц, в них участвующих, используют камеру Вильсона.

Эта камера, как правило, заполнена перенасыщенными парами воды и этилового спирта. Такие пары легко конденсируют в виде маленьких капелек на ионах, образующихся при пролете быстрых частиц. Водяной пар конденсируется преимущественно на отрицательных ионах, пары этилового спирта - на положительных, вдоль всего пути частицы возникает трек - тонкий след из капелек, благодаря чему ее траектория движения становится видимой. Треки частиц фотографируют при дополнительной подсветке паров в камере Вильсона.

Толщина трека зависит от величины заряда частицы.

Чем больше заряд пролетающей частицы, тем больше толщина трека частицы.

Длина трека зависит от энергии частицы. Чем больше энергия частицы, тем медленнее она расходует энергию на ионизацию паров, тем длиннее трек частицы

При движении частицы в среде ее энергия постепенно убывает в основном из-за взаимодействия с атомами среды. Следовательно, длина трека определяется запасом энергии частицы. При прочих равных условиях трек тем длиннее, чем большей энергией обладала частица в начальный момент своего движения.

Для выполнения первого задания в данной работе используют рис 1, на котором в реальном масштабе ( 60х70мм) представлена фотография треков α частиц, вылетающих из радиоактивного препарата, полученная в камере Вильсона, заполненной азотом. Как видно из снимка, в подавляющем большинстве следы α - частиц прямолинейны и исходят веером из препарата. Однако след одной из частиц на некотором расстоянии от конца пробега образует «вилку»- разветвляется на два нервных следа, из которых длинный тоньше ( трек протона) , а короткий (трек ядра атома неизвестного элемента) толще следа α – частицы. Образование такой «вилки» является результатом соударения α – частицы с ядром атома азота.

В результате реакции образуется протон и дочерняя частица :

Зарядовое число Z этой частицы можно найти из законов сохранения электрического и барионного заряда.

На рис.2 показана диаграмма импульсов взаимодействующих частиц и расположение прямоугольной системы координат ОХY с началом отсчета в точке разветвления треков частиц участвующих в реакции. Ось ОХ направлена вдоль продолжения линии полета -частицы (пунктирная линия на рисунке 2),а векторы импульсов протона P_p и дочернего ядра Р_х вдоль их треков, в соответсвии с со снимком на рис.1.

Рис. 2.

Запишем для указанной реакции закон сохранения импульса в виде:

, . (1)

или в проекциях:

, (2)

где - величина импульса -частицы, и -величины импульсов продуктов распада, и -углы разлеты продуктов распада.

Закон сохранения энергии для такой реакции распада имеет вид:

, (3)

где - полная энергия -частицы. Согласно теории относительности полная энергия может быть выражена через энергию покоя частицы и ее импульс:

или , (4)

где с- скорость света в вакууме.

Из равенства

, (5)

где , можно определить энергию покоя Е_0Х ядра .

Тогда масса покоя дочернего ядра будет равна:

. (6)

Поскольку в данной реакции участвуют заряженные частицы, то их импульс изменяется во время полета в результате потерь энергии на ионизацию окружающих атомов и молекул. Между этими потерями и длинной пробега заряженных частиц до остановки имеется определенная взаимосвязь. Зависимость длины пробега от начальной кинетической энергии протона Т известна и представлена в виде графика на рис.3. Зная длину пробега протона l_p по графику можно определить значение начальной кинетической энергии протона Т_р и по известной формуле (7) можно рассчитать значение импульса протона.

. (7)

В расчетах необходимо учитывать, что в экспериментальной ядерной физике энергию частиц измеряют в МэВ, импульс частицы в , а массу в . Здесь с=1 размерность внесистемной единицы скорости. При переводе в систему СИ необходимо использовать следующие соотношения . Энергия покоя протона (р) МэВ.

Энергетическим эффектом ядерной реакции называется энергия, выделяемая в реакции за счет разности суммы масс частицы –снаряда и ядра-мишени и суммы масс получаемой частицей и ядром отдачи. Поскольку мы имеем низкоэнергетическую ядерную реакцию, т.е нерялитивисткий эффект, то:

, (8),

где

Если - реакция экзоэнергетическая (за счет потери масс);

- реакция эндоэнергетичекая (за счет превращения).

Рис.3.