Визначення середньої довжини пробігу альфа-частинок у повітрі (варіант 1)

Завдання роботи:

Визначити середню довжину пробігу альфа-частинок у повітрі з використанням фото- й відеоматеріалів, отриманих у дифузійній камері.

Обладнання:

ПК.

Основні терміни та поняття

Камера Вільсона – Методи спостереження і реєстрації заряджених частинок Дифузійна камера – Методи спостереження і реєстрації заряджених частинок α – АЛЬФА

Теоретична частина

Рис. 1. Загальний вигляд дифузійної камери

Іонізуюче випромінювання – це випромінювання, взаємодія якого з середовищем призводить до утворення електричних зарядів (іонів) різних знаків. Джерелом іонізуючого випромінювання є природні та штучні радіоактивні речовини й елементи (уран, радій, цезій, стронцій та ін.). Джерела іонізуючого випромінювання широко використовуються в атомній енергетиці, медицині (для діагностики та лікування) та в різних галузях промисловості (для дефектоскопії металів, контролю якості зварних з’єднань, визначення рівня агресивних середовищ у замкнутих об’ємах, боротьби з розрядами статичної електрики тощо).

Іонізуюче випромінювання поділяється на електромагнітне (фотонне) та корпускулярне. До останнього належать випромінювання, що складаються з потоку частинок, маса спокою яких не дорівнює нулю (альфа- і бета-частинок, протонів, нейтронів та ін.). До електромагнітного випромінювання належать гамма- та рентгенівські випромінювання.

Альфа-випромінювання – це потік позитивно заряджених частинок (ядер атомів гелію), що рухаються зі швидкістю 20 000 км/с.

Бета-випромінювання – це потік електронів та позитронів, швидкість яких наближається до швидкості світла.

Гамма-випромінювання – це короткохвильове електромагнітне випромінювання, яке за своїми властивостями подібне до рентгенівського, однак має значно більшу швидкість (приблизно дорівнює швидкості світла) та енергію.

Для спостереження і реєстрації елементарних частинок використовують дві групи пристроїв: лічильники іонізуючих частинок і трекові камери.

Лічильники іонізуючих частинок, зокрема спінтарископ та лічильник Гейгера-Мюллера дають змогу підрахувати число частинок, які надходять до реєструвального пристрою.

Трекові камери, зокрема камера Вільсона, бульбашкова та дифузійна камери, дають можливість спостерігати сліди (треки), що залишають заряджені частинки, пролітаючи крізь їхній робочий об’єм, та визначити, які саме ці частинки.

За допомогою трекових камер, зокрема дифузійної камери (рис. 1), можливо визначити довжину вільного пробігу альфа-частинок. Для цього треки зазвичай фотографують, або знімають та працюють з отриманими фото- й відеоматеріалами. Довжиною вільного пробігу частинки є відстань від джерела до початку треку. За довжиною треку можна судити про енергію конкретної частинки.

Хід роботи

1. Завантажте до ПК відеоматеріал «Треки α-часток в дифузійній камері» за посиланням https://www.youtube.com/watch?v=VUcFXq4PEss&feature=youtu.be, або безпосередньо з цієї сторінки.
2. Відкрийте програму «Tracker» та перетягніть до її вікна піктограму цього відео. У вікні програми має з’явитися перший кадр відеоматеріалу із зазначеним розміром голки радіоактивного джерела (20 мм).
3. Здійсніть калібрування лінійних розмірів, для чого:

          – натисніть кнопку «Show, hide or create calibration tools» – «New» – «Calibration Stick», після чого на зображенні має з’явитися синій відрізок з деяким розміром;

          – підтягніть кінці відрізка до кінців розміру радіоактивного джерела, клікніть на розмірі відрізку, введіть значення фактичного розміру (0,02 м)  та натисніть «Enter».

4. Натисніть кнопку «Tracks» – «New» – «Measuring Tools» – «Tape Measure», після чого на зображенні має з’явитися червоний відрізок з реальним розміром у метрах.
5. Перетягніть один кінець відрізку до вушка голки радіоактивного джерела, а інший кінець по черзі підтягуйте до початків треків частинок, вимірюючи щоразу довжину вільного пробігу частинок та записуючи результати вимірів.
6. Проведіть вимірювання за п. 5 для інших кадрів відеоматеріалу (не менше п’яти), прокручуючи його та обираючи окремі кадри.

Рис. 2. Приклад обробки відео за допомогою програми «Tracker»

Аналіз даних

1. Визначте середнє арифметичне значення довжини пробігу альфа-частинок за результатами його вимірювання за фото- або відеоматеріалами для кожного окремого кадру.
2. Визначте середнє арифметичне значення довжини пробігу альфа-частинок за всіма кадрами.