Методическое пособие для подготовки к лабораторным работам по темам: Волновая оптика. Квантовая оптика. Квантовая механика и ядерная физика, страница 24

                                                               (1)

где d = a + b называют периодом дифракционной решетки; n – порядком дифракционного максимума; λ – длина волны лазерного излучения.

          Используя эту формулу, можно на основе регистрируемой дифракционной картины определить период решетки d или длину волны излучения λ.

          Если углы отклонения падающего на препятствие пучка от первоначального направления φ малы, то можно воспользоваться упрощением

                    ,                                      (2)                        

где     x – расстояния между центрами дифракционных максимумов одного и того же порядка, а  - расстояние между препятствием и экраном.              Подставив соотношение (2) в уравнение (1) получим упрощенную формулу

                     ,                                                   (3)

которую, в зависимости от полученного задания, нужно использовать для расчетов при определении периода решетки d или длины волны λ.

          Эксперимент выполняется на установке, показанной на рис. 5. Штативы с лазером, предметом, на котором происходит дифракция, и экраном могут перемещаться вдоль оптической скамьи для получения желаемой  дифракционной картины.

Порядок выполнения работы

1. Укрепить на штативе предмет, на котором будет проходить дифракция.

2. Под контролем преподавателя или инженера включить лазер. 

3. Перемещая штатив с предметом относительно экрана, добить желаемой дифракционной картины.

4. Измерить расстояние между предметом и экраном.

5. Измерить расстояния на экране между максимумами 1-го порядка, 2-го порядка и т.д.

6. Описанный выше дифракционный эксперимент провести при трех разных расстояниях между предметом и экраном. Результаты всех измерений и расчетов занести в таблицу.

Например, при определении длины волны лазерного излучения таблица выглядит следующим образом.

Таблица

Расстояние между решеткой и экраном (см)	Порядок максимума n	Расстояние между дифракционными максимумами х (см)	Длина волны	Примечание
	1			Период решетки d=10-3 см
	2
	1
	2
	1
	2
Приближенное значение       λ
Абсолютная погрешность Δλ

Контрольные вопросы

1. Происхождение спонтанного и индуцированного излучения.

2. Устройство и принцип действия гелий-неонового лазера.

3. Основные свойства лазерного излучения.

4. Виды дифракционных решеток и их характеристики (период, разрешающая способность).

5. Объяснить возникновение максимумов в спектре дифракционной решетки и классифицировать их. Формула главных максимумов.

6. Сопоставить спектр дифракционной решетки с призматическим спектром.

7. Обосновать расчетную формулу для длины волны в данной работе.

Литература:

1.  Детлаф А. А. , Яворский Б. М. Курс физики: Учебн. пособие для втузов. - М.: Высшая школа, 1989.

2.  Ищенко Е.Ф., Климков Ю.М. Оптические квантовые генераторы, - М.:       Советское радио, 1968.

3.  Геворкян З.Г., Шепель В.В. Курс общей физики. – М.; Высшая школа. 1972.

ИССЛЕДОВАНИЕ проникающей способности β-частиц и Определение их максимальной энергии

Цель работы: исследовать поглощение β-частиц алюминиевыми пластинами, построить кривую поглощения и определить максимальную энергию β-частиц.

Приборы и принадлежности: радиометр Б-4, радиоактивный препарат, набор алюминиевых пластин.

Теоретическое введение

          Радиоактивностью называется самопроизвольное превращение одних атомных ядер в другие, сопровождающееся испусканием элементарных частиц.

В зависимости от происходящего радиоактивные процессы подразделяют на α-распад, β-распад, электронный захват, γ-излучение ядер, спонтанное деление тяжелых ядер и протонную радиоактивность.

 Испускаемые α-частицы являются ядрами атома гелия ₂He⁴. Энергия вылетающих при распаде ядра α-частиц велика и составляет величину порядка нескольких МэВ.

Относительно β-частицы можно сказать, что она представляет собой электрон _-1e⁰, рожденный в ядре при его распаде. Кинетическая энергия β-частиц лежит в диапазоне от сотых долей МэВ до нескольких МэВ.

Жесткое электромагнитное излучение, которое представляют собой γ-лучи, лежит в диапазоне длин волн короче 2·10^{-10 м и сопровождает процессы радиоактивного распада, ядерные реакции, процессы аннигиляции частицы и античастицы.} 

Известно, что энергия атомного ядра квантована. Поскольку дочерние ядра могут образовываться не только в основном, но и в возбужденных состояниях, испускаемые радиоактивным веществом α-частицы делятся на группы, различающиеся по энергии. По той же причине дискретен спектр и γ-излучения. В то же время, спектр энергий β-частиц непрерывен. Это объясняется тем, что в соответствии с законом сохранения момента импульса испускание β-частицы сопровождается испусканием антинейтрино ΰ, и энергия, высвобождающаяся при распаде, перераспределяется между β-частицей и антинейтрино в самых разнообразных пропорциях.

При описании превращений радиоактивных ядер используют правила смещения, основанные на том, что суммарный заряд z участников процесса и их суммарное массовое число A сохраняются. Любые атомные ядра с заданными числами протонов и нейтронов называют нуклидами.

Испускание α-частицы уменьшает зарядовое число z исходного (материнского) ядра на 2 а.е.з., а массового числа А на 4 а.е.м. Получающееся при этом новое ядро (дочернее) принадлежит элементу, стоящему в Периодической таблице на 2 номера левее материнского.

Испускание β-частицы _-1e⁰ приводит к образованию ядра элемента, стоящего на 1 номер правее.

Испускание γ-кванта переводит ядро в состояние с более низкой энергией, не вызывая изменения зарядового и массового чисел.