Определение средней энергии образования ион-электронной пары при торможении α-частиц в воздухе

Цель работы: определение средней энергии образования ион-электронной пары при торможении α-частиц в воздухе.

Оборудование: ионизационная камера, источник α-частиц, источник питания (0-400 В), вольтметр, измеритель малых токов.

Описание эксперимента: α - частицы, образующиеся в результате радиоактивного распада ядер ²³⁹ Рu, имеют кинетическую энергию Е_а около 5 МэВ, они тормозятся в воздухе и теряют свою энергию. Эта энергия тратится, в основном, на возбуждение, диссоциацию и ионизацию молекул воздуха. При ионизации образуется электрон-ионная пара, свободный электрон и положительно заряженный ион. Для регистрации образуемых ион-электронных пар используется ионизационная камера, состоящая из двух плоских электродов к которым прикладывается напряжение от источника питания (рис. 1.). При торможении α - частиц в воздушном зазоре между электродами происходит ионизация молекул воздуха, которая измеряется измерителем малых токов (прибором В7-37).

Рис.1 Схема эксперимента

1. Вольтамперная характеристика ионизационной камеры

Методика измерений: я установила α-источник на нижний выдвижной катод камеры и, меняя напряжение источника питания, измерила величину тока ионизационной камеры (прибором В7-37). Я получила следующие результаты:

Таблица 1. Счетная характеристика

По этим данным я могу построить график I (U)  

Рис.2  Счетная характеристика детектора

Для определения тока утечки ионизационной камеры, я повторила измерения без               α-источника :

Таблица 2. Ток утечки

Рис.3  Ток утечки ионизационной камеры

Вывод: I_нас = 0.17*10^-9 А

Погрешности:

Методические погрешности:

1) расчетная формула выводится в предположении, что вся энергия α-частицы расходуется на образование ион-электронных пар. На самом деле некоторые α-частицы достигают обкладок или покидают ионизационную камеру не израсходовав свою энергию.

2) предлагается воспользоваться полученным в работе №1.1 значением интенсивности    α-источника, т. е. предполагается, что используемый в работе №1.1 счетчик регистрирует все частицы, которые участвуют в образовании ион-электронных пар. Это не совсем верно, вследствие того, что не все α-частицы достигают сцинтиллятора, а также из-за конечного, хотя и малого, «мертвого времени» счетчика – вспышки света, вызванные α-частицами, которые почти одновременно достигают сцинтиллятора регистрируются как один импульс.

3) ещё одна составляющая методической погрешности связанна с регистрацией частиц. Счетная характеристика прибора в области рабочего плато имеет небольшой наклон. Поэтому при одном и том же количестве испущенных α-источником частиц число зарегистрированных частиц будет разным в зависимости от напряжения питания ФЭУ.

2. Энергия, потраченная на образование ион-элекронной пары

Q=eNE_ср/I_нас

e = 1.6*10^-19 Кл

N = (3422±55) распад/сек

E_ср = 5,136 МэВ

I_нас = 0,17*10^-9 А

Q = 2*(1.6*10^-19 * 3422 * 5,136*10⁶) / (0,17*10^-9 А) = 33 эВ

Погрешности:

Вывод: Q = (33±3) эВ