Файл: Экзаменционная программа.docx

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 22.02.2019

Просмотров: 315

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Пояснение

Все вопросы состоят из несколько блоков. Каждый из этих блоков требует некоторый необходимый количество знаний, чтобы ответ на билет приняли как правильный. Знание их и написание не спасет вас от дополнительных вопросов.

  1. Детекторы. Основное требование: знание детекторов, как они выглядят, как они работают. Желательно, знать о преимуществах и недостатков каково то детектора.

  2. Виды распадов. Основные требование: знание распадов, откуда выходят эти частицы, какой сектор эти частицы дают.

  3. Прохождение заряженных частиц через вещество. Основные требование: знание определение этого процесса, знать как выглядит сечение для этого режима, вывести формулу для потери энергии. Необязательно, написание гигантских выводов формул их все равно мало кто будет смотреть (Обычно смотрят, как начал их выводить и полученный конец формулы).

  4. Прохождение гамма-квантов через вещество. Основные требование: знание определение этого процесса, написание законов сохранение импульса и энергии для этого процесса, знать как выглядит сечение для этого режима.

  5. Применение ионизирующего излучение в теплофизических исследованиях. Основные требование: нарисованные схемы, в какой зоне сечение определяется необходимое параметр, знание откуда берутся параметры (проще говоря, в финальной формуле будут буковки нужно понимать какие их мы мерим в эксперименте, а какие берутся из справочников, например), вывод формулы для необходимого параметра. Желательно, знать и найти погрешность метода измерения.

  6. Сечение. В качестве дополнительного вопроса может быть график сечение от энергии гамма кванта. Соответственно, необходимо понимать, где какая зона соответствует виду сечению, как изменяется график для другого вещества, также уметь различать разные вещества на этих графиков.

  1. Основные характеристики детектора ионизирующего излучения.



Скорость счета – количество сигналов, улавливающее детектором в единицу времени.

Эффективность регистрации – это доля ионизирующего излучение зарегистрированное прибором к отношению к общему числу частиц прошедшее через прибор.

Временное расширение (Мертвое время) – это минимальное время, когда детектор может различить 1 частицу от другой.

Интерфейсное разрешение – это минимальный масштаб различение одной частице от другой видимом интерфейсе прибора.

Детекторы: Трековые (определяют траекторию), Счетчики (определяют импульс), Спектрометры (определяют энергию).

  1. Трековые камеры ионизирующего излучения.



Трековые детекторы определяют траекторию движение заряженной частицы.

Камера Вильсона. Приставляет собой некоторый объем переохлажденного пара (это делается благодаря адиабатного сжатия системы) без всяких посторонних частиц. Во время прохождение частицы имеющей заряд происходит ионизация газа, последствием образующего заряда на нем образуется конденсат, если проследить по этому конденсату, то можно определить траекторию частицы и заряд.

Диффузионная камера. Приставляет собой некоторый объем чистого пространства, наверху которого расположены емкости для жидкости, а снизу располагается холодильник. С помощи диффузии пар распределиться по всему объему и благодаря холодильнику пар становиться недогретым, а дальше все как камере Вильсона.

Пузырьковая камера. Как и во всех остальных случаях чистый объем с перегретой жидкостью (стенки сосуда делают аквофобные), попадание частицы происходит вскипание жидкости.

Стременная камера. Имеется некоторый сосуд с инертным газом и люминофором с конденсатором. Конденсатор заряжают, чтобы напряженность была свыше 106 B/м, из-за этого при пролетании частицы происходит ионизация газа, из-за действия люминофора электроны слабо светятся.

  1. Устройство и принцип работы ионизирующей камеры



Устройство представляет собой источник питание, активное сопротивление, газовая трубка с инертным газом внутри которого находиться плоский конденсатор. Активное сопротивление источника будут увеличивать до того момента, что дальнейший рост ни приводит к увеличению сила тока. Это связанно с тем, что все электроны, которые вылетели с катода стали попадать на анод.

Если данную систему поддерживать, то с некоторой периодичностью электроны, вылетевшие с катода, могут врезаться в инертный газ и ионизировать его вследствие чего вылетает дополнительный электрон. Проблема заключается в том, что изменение сила тока происходит в нА и достаточно мало таких устройств могут регистрировать такие малые изменение тока в системе.

  1. Устройство и принцип работы пропорционального счетчика.



Устройство представляет собой источник питание, активное сопротивление, газовая трубка с инертным газом внутри которого находиться цилиндрический конденсатор. Активное сопротивление источника будут увеличивать до того момента, что дальнейший рост приводит крайне высокому увеличению сила тока. Такой резкий рост сила тока связан с тем, что электронный вылетевшие с катода ионизируют инертный газ. Ионы инертного газа приближаются к катоду, восстанавливаются, после чего испускают квант энергии, который хватает, чтобы ионизировать газ. Данный эффект имеет название вторичная электронная эмиссия. В этом случаи напряжение системы практически не меняется.

Пропорциональный счетчик находит первоначальное количество ионизирующих частиц, он может это делать, потому что каждая ионизирующая частица создает некоторую определенную величину сила тока. В цилиндрическом конденсаторе на стенках находиться катод, а в центре анод. Особенность данного конденсатора в том, что его электрическая напряжённость не постоянное по радиусу и падает как 1/r, скорость электронов прямо пропорционально напряжённости электрического поля. Благодаря неравномерности скорости по конденсатору, лишь малая часть конденсатора в близи центра способна ионизировать газ. Далее регулируются размеры конденсатора, чтобы ток был достаточно большим, чтобы регистрировать сигнал, и чтобы можно было различать частицы.

  1. Устройство и принцип работы счетчика Гейгера



Устройство представляет собой источник питание, активное сопротивление, газовая трубка с инертным газом внутри которого находиться цилиндрический конденсатор. Активное сопротивление источника будут увеличивать до того момента, что дальнейший рост приводит крайне высокому увеличению сила тока. Такой резкий рост сила тока связан с тем, что электронный вылетевшие с катода ионизируют инертный газ. Ионы инертного газа приближаются к катоду, восстанавливаются, после чего испускают квант энергии, который хватает, чтобы ионизировать газ. Данный эффект имеет название вторичная электронная эмиссия. В этом случаи напряжение системы практически не меняется.

Счетчик Гейгера определяет наличие радиоактивных частиц воздухе. Радиоактивная частица выбивает электрон с катода, а далее начинается вторичная электронная эмиссия. Счетчик Гейгера несамогасящийся дополнительно установлено активное сопротивление, для того чтобы понизить напряжение на катоде, если возникнет электрическая дуга. Счетчик Гейгера самогасящийся в конденсаторе дополнительно добавлен газ, который замедляет электроны, вследствие чего гаситься электрическая дуга.

Эффективность регистрации альфа и бета частиц 95 %, гамма квантов 1%. Временное разрешение 10-3 с

  1. Устройство и принцип работы сцинтилляционного детектора.



Приставляет собой кристалл сцинтиллятора, который реагирует на ионизирующее излучение, впоследствии выпуская фотон, и устройство регистрирующее фотоны с кристалла сцинтиллятора. Кристалл бывает твердый и жидкий.

Самое простое устройство, которое используется для регистрации фотонов, является фотоэлектронным умножителем. Представляет собой конденсатор с большим количеством диодов (увеличивают количество электронов). Фотон попадает на катод выбивая электрон, электрон попадает на диоды, количество электронов резко возрастает и попадают все на анод.

Эффективность регистрации альфа и бета частиц 99 %, гамма квантов от 30 - 90%. Временное разрешение 10-6 с



  1. Виды радиоактивного распада. Постоянная распада, средняя время жизни радиоактивного ядра.



Радиоактивный распад бывает: альфа-распад (ядра гелия), бета-распад (+,-, к-захват), гамма-излучение (нейтрон).

Радиоактивный распад – самопроизвольный переход из одного ядра в другое с испусканием α,β и γ частиц.

Период полураспада – это время, при котором число ядер уменьшится наполовину.

  1. Альфа-распад, его основные закономерности. Закон Гейгера-Неттона.



Альфа распад – это испускание ядра ( ), имеющий линейчатый сектор. Такой вид распада обычно происходит при массовом числе больше 140.

Вся выделенная энергия при (α) распаде передается (α) частицы введи кинетической энергии.

Гейгера — Неттолла

  1. Квантомеханическая задача о прохождении альфа-частиц сквозь потенциальный барьер ядра.





  1. Бета-распад, его виды и основные закономерности.



Бета распад – распад у которого имеется непрерывный спектр:

  1. Электронный (β-) – при таком распаде выходит электрон из ядра и антинитрина

  2. Позитивный (β+) – при таком распаде выходит позитрон из ядра и нитрина

  3. К-захват или электронный захват – при таком процессе идет поглощение электрона с испусканием нитринной.

Такой распад возможен лишь тогда, когда масса исходных веществ больше чем масса продуктов. Такое условие нужно, что бы частицы имели кинетическую энергию. Массы нитрин много меньше чем масса электрона.

Получается следующее, не зависимо, что это за вещество всегда возможен один из 3 бета распадов.

  1. Гамма-излучение и внутренняя конверсия ядер.



Данное излучение происходит когда атом переходит из возбужденного состояние в невозбужденное.

Данное излучение обладает высокой проникающим эффектом в отличии от альфа распада и бета распада.

Внутренние конверсия – возбуждение атома снимается посредством выпускание электрона. Рассмотрим данный эффект, у нас выходит электрон забирая энергию из ядра и выпускает квант энергии, который поглощает другой электрон и если этого кванта энергии достаточно, то он тоже вылетает и т.д. пока электронная оболочка не закончится. Особенность данного эффекта в том, что выпускаемые электроны имеют определенную кинетическую энергию, в следствии чего имеет прерывный спектр. Данные выпущенные электроны называются электроны Оже-эффекта.

  1. Прохождение заряженных частиц через вещество: упругая рассеивание, сечение Резерфорда.



Рассматривается задача взаимодействия 2 частиц. Данную задачу рассматривают в системе центра масс, что переделывает задачу взаимодействие 1 частицы в некотором поле взаимодействии.



  1. Прохождение заряженных частиц через вещество: тормозное излучение (нерелятивистское приближение)

Рассматривается задача, о прохождение электрона сквозь большое число ионов и атомов.

  1. Прохождение заряженных частиц через вещество: тормозное излучение (ультрарелятивистское приближение)



  1. Прохождение заряженных частиц через вещество: ионизационное торможение, формула Томсона.



Рассматривается задача, летит частица и попадает в электрон как упругий удар, если энергия становиться больше энергии ионизации, то электрон ионизируется и отрывается от атома как неупругая взаимодействия.

Определим изменение энергии по длине

Так как обычно E>>ε, тогда

Получается следующее, чем больше энергия ионизации, тем меньше потери энергии по длине.



  1. Прохождение заряженных частиц через вещество: черенковое излучение.



Данное явление происходит, если заряженная частица летит в оптической среде с большей скорости света, из-за чего возникает свечение голубоватого света чувствительной пластинки.

Рассмотрим следующие задачу. Пускай летит заряженная частица с скоростью (U), которая направлена по x, на не котором расстояние (l) в начальный момент времени (t1) находиться детектор (x,y,z) до которого доходит сигнал от с временем (t2). Определить t1.

Рассмотрим, когда U<c. Если присмотреться, то получается всего один ответ со знаком (-), так как другой с (+) даст отрицательное время.

Рассмотрим, когда U>c. А вот тут у нас можно использовать сразу 2 знака и получиться сразу 2 положительных времени.

  1. Прохождение гамма-квантов через вещество: когерентное рассеивание, сечение Томсона.



Томсоновское рассеивания – это упругое рассеивания электромагнитного излучение на заряженных частиц, при этом частота колебаний не изменяется.

Определим, как находится сечение в томсоновское рассеивании

Используется именно электроны, так как они вносят наибольший вклад это сечение, из-за большой разницы масс.

  1. Прохождение гамма-квантов через вещество: эффект Комптона, формула Клейна-Нишины-Тамма.



Эффект Комптона заключается следующим, гамма квант проходит через электрон и поглощает часть энергии.

Если (ε) стремится к нулю, то происходит переход к Томсоновское (когерентному) рассеванию.

  1. Прохождение гамма-квантов через вещество: фотоэффект.



Фотоэффект – это поглощение гамма-кванта из-за чего произошло ионизация частицы

Сечение электрона от поглощение примерно определяется следующим образом. Данный график выглядит как гипербола, который имеет разрыв 1 рода когда энергия становиться меньше энергии ионизации уровня.


  1. Прохождение гамма-квантов через вещество: эффект образования пар.



Имеется гамма квант энергии, которой поглощается частицей, в результате этого образуется электрон и позитрон.

Рассмотрим такие случаи, когда энергия гамма кванта минимальная.

  1. В случаи, когда первоначальная частица является ядром.

  1. В случаи, когда первоначальная частица является электроном.

  1. Эффект Мёссбауэра.



Эффект Мёссбауэра - резонансное испускание и поглощение гамма-лучей без отдачи.

Данный эффект основывается на том, что понижение температуры в твердых объектов заставляет рассматривать атомы как единое целую систему из-за этого масса обыкновенного атома увеличивается многократно (примерно на число Авогадро).

Для установления данного эффекта рассматривалась следующая задача. Предположим что 1 атом вещества перешёл из возбужденного состояние в основное испустив квант энергии, а второй атом его поглотил.

В идеальном случаи это было бы тривиально, второй атом поглотил это энергии и перешёл в возбужденное состояние. Но это не произойдет, так как часть энергии от излучение тратиться на движение атома, которая происходит дважды, что приведет, что энергии не хватит.

Но по общим знанием данный эффект все же происходит, некоторая часть таково перехода обосновывается эффектом Доплера. Которая гласит, если имеется движение, то чистота изменяется, но по простым оценкам получается, что лишь это происходит лишь при малой вероятности.

После такой теории начали рассматривать 2 случая, систему при низких температур и высоких. Обыкновенная теория гласит, что вероятность таких переходов при понижение температуры будет стремиться к нулю, но эксперименты показали обратное. Для обоснования этого явление и появился эффект Мёссбауэра.

Смотрите также файлы