Відхилення бета-променів у магнітному полі з Cobra SMARTsense

Екранування радіоактивного випромінювання

На β-частинки, які рухаються перпендикулярно до напрямку поля магніту, діє сила Лоренца. За сталої швидкості й напруженості магнітного поля β-частинки рухаються в області поля по коловій траєкторії, радіус якої залежить від їхньої швидкості та від напруженості магнітного поля.

Оскільки β-частинки мають неперервний енергетичний спектр, магнітне поле відхиляє їх по-різному. Завдяки цьому можна експериментально визначити частки різних значень енергії - наприклад, опрацювавши швидкості лічби Z, визначені для заданих радіусів траєкторії, як функцію густини магнітного потоку B.

Попередні знання

Як попередні знання учні мають володіти поняттями «швидкість лічби», «фонова швидкість лічби», а також умінням поводитися з лічильником Гейгера-Мюллера. Окрім того, мають бути відомі різні види випромінювання або опрацьовані за допомогою цього досліду. Крім того, мають бути відомі магнітне поле, сили, що виникають у магнітному полі, а також рухомі заряди в магнітному полі.

Принцип

За допомогою кутової шкали досліджують відхилення бета-променів у магнітному полі.

Навчальна мета

У цьому досліді можна донести різні висновки:

• β-промені складаються з електрично заряджених частинок, бо магніт їх відхиляє.
• Оскільки напрямок відхилення протилежний до того, який очікується за правилом трьох пальців, β-частинки мають негативний заряд.
• Відхилення тим більше, чим сильніше магнітне поле. При зміні напрямку поля відхилення теж відбувається в протилежному напрямку.
• β-частинки мають різні значення енергії, бо відхиляються неоднаково сильно.

У цьому досліді задовільні результати вдається отримати лише тоді, коли складання і виконання проведено доволі ретельно. Особливо треба зважати на такі умови:

• Магнітне поле має бути в центрі кутової шкали.
• Вихідний отвір джерела випромінювання має лежати перед полюсами магнітів.
• Відстань між джерелом випромінювання і вікном лічильника в жодному разі не має змінюватися під час пересування лічильника по кутовій шкалі, бо це призвело б до сильних відхилень швидкостей лічби. Щоб уникнути також зсуву лічильника в тримачі лічильника, положення лічильника в тримачі слід позначити.
• Вісь лічильника проходить радіально, коли обидві позначки тримача лічильника вказують на ту саму кутову позначку.

У цьому досліді задовільні результати вдається отримати лише тоді, коли складання і виконання проведено доволі ретельно. Особливо треба зважати на такі умови:

• За запропонованого часу вимірювання 60 с на одну серію вимірювань потрібно 19 хвилин. Якщо цього часу немає, можна вибрати й коротший час вимірювання - 10 секунд; тоді, однак, через більшу статистичну невизначеність слід виконати 3 вимірювання для кожного положення кута й опрацювати середні значення.
• Цей дослід рекомендовано виконувати з лічильником Гейгера-Мюллера, тип Б (артикул 09005-00). Лічильник Гейгера-Мюллера, 45 мм (артикул 09007-00) через великий діаметр реєструє дуже широкий діапазон кутів, тож задовільного результату досягти не вдасться.

• Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
• Активність використаного джерела випромінювання, 3 кБк, доволі мала, проте джерело слід виймати з контейнера для зберігання лише на час виконання досліду.
• Треба дотримуватися загальноприйнятих правил поводження з радіоактивними препаратами згідно з Положенням про радіаційний захист.

Сліди частинок, виявлені в камері Вільсона, показують викривлені траєкторії для деяких частинок

У камерах Вільсона можна візуально виявити енергійні частинки багатьох видів. Окрім високоенергетичного космічного випромінювання, там можна побачити й сліди радіоактивних частинок. У магнітному полі багато з цих слідів викривлені й не показують прямолінійної поведінки.

У цьому досліді ми хочемо дослідити поведінку бета-частинок у магнітному полі.

• Запиши в протокол швидкість лічби β-джерела для різних відстаней спершу в повітрі, а потім з аркушем паперу в ході променів
• Порівняй серії вимірювань і зроби висновок про пробіг β-частинок.
• Поясни, чим визначається пробіг у повітрі.

iOS

Android

Windows

Складання зі встановленим тримачем препарату і відхиляльними магнітами

• Закріпи відхиляльні магніти на тримачі пластин за допомогою гвинтів з накаткою. Відстань між магнітами має становити 2 см.
• Постав тримач пластин на монтажну панель. Центр відхиляльних магнітів має бути точно над центром кутової шкали.
• Закріпи препарат у тримачі препарату і постав тримач препарату на монтажну панель. Посувай тримач, доки отвір виходу променів не опиниться точно над переднім краєм препарату.

Схема досліду без поглинального матеріалу в ході променів

• Закріпи лічильник Гейгера-Мюллера в тримачі лічильника, постав його на монтажну панель так, щоб край тримача лічильника вказував на точку перетину поділки 0° кутової шкали і дуги кола з радіусом r = 5 см.
• З'єднай лічильник Гейгера-Мюллера з блоком датчика.

• Тепер зніми тримач пластин з монтажної панелі, не зсуваючи джерела випромінювання.
• З'єднай датчик із PHYWE Measure App на планшеті, утримуючи кнопку Bluetooth 3 с. Після цього в застосунку можна вибрати датчик радіоактивності.

• Запиши перше виміряне значення в таблицю в протоколі. Пересунь тримач лічильника на поділку 10° кутової шкали; відстань від лічильника до джерела випромінювання змінюватися не має!
• Повтори вимірювання для значень кута +90° і -90° кроками по 10°.

Схема досліду з відхиляльними магнітами і детектором у положенні 0°

• Обережно постав тримач пластин з відхиляльними магнітами на монтажну панель так, щоб магніти опинилися над центром кутової шкали. Пильнуй, щоб не зсунути джерело випромінювання і лічильник.
• Тепер визнач швидкості лічби для всіх попередніх значень кута під впливом відхиляльного магніту; занеси ці виміряні значення теж у таблицю в протоколі.

• Повтори серію вимірювань після того, як розташування обох магнітів у тримачі пластин поміняли місцями.
• Повтори серію вимірювань з меншою відстанню між відхиляльними магнітами.
• Поклади джерело випромінювання назад у контейнер для зберігання.