Цель работы: на примере статистики регистрации фоновых космических частиц изучить статистические закономерности однородного во времени случайного процесса; проверить возможность описания исследуемого процесса статистическими законами Пуассона и Гаусса; измерить среднее число регистрируемых космических лучей в секунду и определить погрешность результата.
Оборудование: счётчик Гейгера—Мюллера, компьютер с интерфейсом для связи со счётчиком, расчётная программа.
Теоретическая часть по физике
Радиоактивным излучением называют потоки частиц (протонов, электро-нов и позитронов, альфа-частиц, нейтронов и т.п.) или электромагнитных волн (рентгеновского и гамма- диапазона), способных вызывать ионизацию вещества. Основными источниками радиации являются космические лучи и распад радиоактивных веществ, которые в небольших количествах имеются всюду, в том числе в физических приборах и лабораторных помещениях. Это излучение является радиоактивным фоном, с которым складывается излучение других источников, если они присутствуют. Основную часть фона обычно составляет космическое излучение, которое исходно состоит из протонов (85%), альфа-частиц (ядер гелия) (10%), ядер более тяжёлых элементов (<5%) и электронов и позитронов (1%). Также при взаимодействии этих лучей с атмосферой земли рождается разнообразное множество нестабильных частиц (мюоны, пи-мезоны и др.).
В данной работе для регистрации космического излучения используется счётчик Гейгера—Мюллера. Счётчик представляет собой наполненный газом металлический цилиндр с двумя электродами. Одним из электродов (катодом) служит сам корпус. Другим (анодом) является тонкая нить, натянутая вдоль оси цилиндрического корпуса. Необходимое напряжение (400 В) подaётся на счётчик от смонтированного вместе с ним блока питания через повышающий трансформатор. Радиоактивное излучение (космические частицы) ионизует молекулы газа, которым наполнен счётчик, а также выбивает электроны из его стенок. Образовавшиеся электроны, двигаясь в сильном элек-трическом ноле между электродами счётчика, соударяются с молекулами газа, выбивая из них новые — вторичные электроны. Ускоряясь полем, первичный и вторичные электроны снова ионизуют газ, и т.д. В результате об-разуется лавина электронов, и через счётчик протекает кратковременный импульс тока (разряд). Этот импульс и регистрируется электрической цепью установки, оцифровывается платой аналогово-цифрового преобразователя, и информация о нём через USB-интерфейс передаётся на компьютер.
Число зарегистрированных частиц за некоторое время t зависит, вообще говоря, от размеров счётчика, положения и ориентации его в пространстве, от давления и состава газа и от материала стенок счётчика. Однако при фиксированном положении конкретного счётчика их число пропорционально средней интенсивности пронизывающего счётчик ионизирующего излучения. При постоянной фоновой интенсивности общее количество зарегистрированных частиц будет, конечно, пропорционально времени наблюдения t.
Статистическая обработка данных: базовые сведения.
Результат любого физического измерения содержит погрешности, то есть отличается от «истинного» значения измеряемой величины. Погрешности измерений складываются из ошибок, связанных с несовершенством методики измерений и неточностью калибровки приборов (систематические погрешности), и из случайных погрешностей эксперимента, изменяющих свою величину и знак от опыта к опыту. Частным случаем случайных погрешностей являются статистические погрешности, вызываемые случайными колебаниями (флуктуациями) самой измеряемой величины. К числу таких флуктуирующих величин относится и интенсивность космического излучения.
Далее будем для простоты считать, что все прочие погрешности, помимо статистических, пренебрежимо малы и рассматривать их не будем. В рамках нашего опыта это предположение хорошо выполняется.
Пусть при некотором измерении за время
Интересные статьи
Интересные статьи
