Pobierz - Politechnika Warszawska

Do u2ytkuwewnetznego
Warszawska
Politechnika
WydzialFizyki
Fizykill P.
Laboratorium
lrmaSbdzinska.PiotrKurek
Cwiczenienr 19
BADANTEWLASNOSCICZASTEK ALFA
za
poMocA DETEKTORAPOLPRZEWODNIKOWEGO
1. ROZPAD
ALFA
Rozpadem
(J4dra
a
helu
przez
jHe)
promieniotw6rczo*C
liczbach
w
Zgodnie
z
ma.soweJ
o
Z
nietrwa.le
w
r*yniku
rozpadu
i
ticzbie
atomowej
A
masowej
liczbie
od
(Z=82
aZ
(np.
-
lanta.nowc6w
zachowani.a
liczby
)X
powsta.je
Z
A-4
nukleon6w
j4dra
d
i
emlsJl
cz4stkl
d
atomowe.
Naturalna.
J4dro
jqdrach
pierwiastk6w
o
w
wiqkszych
j4drach
zasad4
spontaniczneJ
wystqpuje
niekt6rych
trycznego,
V
d
atomowych
takZe
proces
nazywamy
4
liczbie
dla
olowiu),
a
t11=samar).
z
,
6
i
ladunku
pierwiastka
j4dro
X
o
elekliczbie
pierwiastka
2-2"
atomr:wej
(reguta
Z-Z
przesunigd):
A,
A-4
_*
z__
Rozpad
or
kowego jest
moie
tylko
za-i€C
wigksza
od sumy
* j4H .
;_;v
gdy
wtedy,
mas j4der
(t)
masa
produkt6w
j4dra
pocz4t-
rozpadu:
( 2 )
M X ) M V + M d
nadmiar
Ten
kinetyczn4
siq
przed
masy
j4dra
w spoczynku,
rozpadem
kofcowego
i
zostaje
cz4stkL
mi
O
J4dra
Zasada
Jest
energi4
i
koficowego
zachowania
rozpa.du,
czEslki
przeksztatcld
M E
d
d
EV
cr, c -
Je61i
J4dro
energiq
X
rozpada
2
=ov +E
(3)
d,
i
Eo
s4
energLami
prqdkoSC *wiatla
kinetyczny-
w pr62ni.
pedu *ryma.ga aby:
Moto
co mo*emy
u.
na
mo2emy zapisaC:
Q = ( M X - M y - M o ) c
gdzle
zamieniony
= Mvtv
'
(4)
do postaci:
t42rZ
= - =d, d,
2
(5)
2 vt jednostka.ch
(5)
ma.sy alomoweJ
przybiera
M., = 4,
mamy:
4E'- = CA-4)E'
postad:
Energiq
kinetyczn4
j4der
Dla
wynika,
Le
Eo *
praktycznie
klnetyczneJ
Zaktadali*my
sle
znaJduJe
W
w
kwanty
emitowaC
cz4stkl
M6wlmy,
2e
schemat
powstale
podstawowym
korlcowe
z
y.
o
a,
rozpadu
(stan
kilku
(7)
wzoru
energil
w rozpadz5.e.
o
j4dro
rozpadu
naJnl2szeJ
o
sie
r62nych
kr6tkiego
izotopu
czasu
energlach
mog4
okreSlonych
widmo
energil.
zatem
energiach.
IlustruJe
(Rys,l).
at a
" ' A m ( 1 5 8t o t
)
0,t59
t
0,103
0,076
0,060
0p33
0
2 3 7N p
Ry.s.l.
enen4di
.9chenrot
podane
ro-zpadu
.sg u MeV.
a,
Jqdra
trmenyku
tflo*.
Y
energii).
w
nitszych
samego
dyskretne
t33o*
ameryku
ze
postaci
w
w ci4gu
SciSle
rozpadu:
L
znajdowai
stan6w
maj4
cr J4dra
A,
wyniku
mo*e
tego
J4dra
a
cz4stkl
do
t
unosi
w
kt6rych
przechodzL
wysytaJ4c
d
energig
wyzwolon4
energlq
stanie
wzbudzonych,
A-4
cz4stka
2e
J4dro
(1O-8-tO-12=>
to
cal4
mamy:
dot4d,
rzeczywistoScl
stanach
vrigc
a
E".
poprzez
wyra.2amy
c
CA > 2OO)
Q,
mo2emy zapisad Jako:
E., * E", = ffi-A
cz4stki
ciqzkich
(6)
Eo
A-
Energlq rozpadu Q okreSlon4 wzorem (3)
4
a =;4
Wyra2enie
czyli
4
Ev =
MV = A-4.
Ir'rrfo.sc{
3 powstale
JeSlt
w stanie
na
w
wyniku
wzbudzonym,
energi!.
wzrost
energiq
to
cz4stkl
rozpadu
czqSd
energ.ll
wewnqtrznej
cr muslmy
tego
zamlast
J4dro
V
rozpadu
O
Q wstawiC
zoEtata
We
J4dra.
znaJduje
zuiyla.
\rzorze
wielko3d
sle
C7>
".
Q':
ca)
Q ' = Q - E f '
E, jest
gdzie
WlelkoSciami,
p6lrozpadu,
F,
Dla
dobrze
d
stosuJe
wyznzczye
mierz4c
jest
F
?f2
15oC przy
clSnienlu
Por6wnuj4c
ciekawe
dra
emituJ4cych
ciqtkich
energ.l-e
granicach
wiqc
stosunek
Le24
rozpadu
a
Nuttalla,
kLbrzy
J+ przy
opisali
poze
2,5
cm
w
przedz5-a.le
niellcznymi
do
8,6
cm.
DIa
od
4,1
MeV
poronu 2!2ne", ^ okresy
od
r ]+.r olor r t
do
*
!o24.
Q
odpowlada
Ta
osobllwoSd
przez
empirycznego
Geigera
L=LnZ/T"r,
Jest
empirycznyml,
przepisad
dla
r62nymi
Korzystaj4c
ze.
stal4
(9)
wzoru
ClOa)
rozpadu,
r62nych
za*
A
t
B
s4
Geigera-Nuttalla
regulq
rno2na
w postaci:
opisuJe
Iogarytmem
niona
kt6rzy
statyml
promlenlotw6rczych.
rodzin
Iogtr = A'IogEo + B' ,
kt6ra
I
wzoru:
logl,=AIogF+8,
gdzle
pewn€)
zaobserwowaC
w 1911 r
pomocy
pro-
J+der
od
wynoszacy
zaobserwowane
zostaXa
temperaturz€!
p6lrozpadu
wynosz4cemu
enengil
p6lrozpadu
okres6w
3
MeV.
mo2na
do 8,9 MeV dta
sartoSci
Stosunkowl
o
powietrzu,
-7
3'1O's.
Eo *
or
w
rozpa.du
"33tn
Lzotopu toru
w
mlqdzy
(9)
okresy
czqstkl
sie
zawieraJ4
cz4stek
energii.
zawarte
powletrza
cm
i
Zastggi
zale*noScl.
wyj4tkamt,
J4der
en€|rgi€
toru
,
76O mm Hg, a energia
zasiqgir
mlenlotw6rczych
qr
jest
wyra*ony
6redn1
zale*no*C:
d.
zasiqg
Ed.
Jest
funkcj4
se
okres
a,
Eo
dlugoSd
kt6re
empiryczna
sA:
cz4stek
monotoniczn4
B = 0 , 3 1 8 8
gdzle
d,
energl4
powletrzu,
w
slq
kinetyczna
z
Zasiqg
cz4stek
rozpad
zwi4zanq.
mo2emy
o6rodku.
zasigg6w
a 7 cm,
energia
i
kt6ry
Y.
J4dra
charakteryzuJ4
bezpo*rednlo
yw danym
a
kt6re
Tfr,
WIeIkoSci4
zasigg
wzbudzenia
energi4
. zaleino6c
energli.
teoretycznie
potraktowali
Ta
migdzy
J.ogarytmem
emplrya'zna
$r 1928
emisJq
r
c10b)
przez
cz4stek
staleJ
zale2no*c
Gamowa,
a
rozpadu
uzasad-
zostala
Gurneya
Jako
a
i
kwantowy
Condona,
proces
4 przez
przenlkanLa
dw6ch
J4dra
Lvorzye
przy
proton6w
I
one
sie
przyci4gaJ4ce
J4dra
znacznle
razle
utworzona
st
przez
przebycia
ct
cz4stkq
na
schematycznle
sll
zasigg
jqdrowe,
gdzle
J4drowych),
postact
studnt
= 2CZ-2)e2
u(r)
ladunklem
pole
potencJalna
J4dra.)
opisany
liczb4
masowe,
potencjalu
potencjalu
Flzyka
Vt
w4,
nLa cz4stki
2e
dla
otrzymujemy
przedstawid
oddzLalYwania
energig
kt6ry
o ladunku
2e.
ksztaft
ma
Jest
wYtwarza
otacza-
barlery
(promlerl
daJe
A
jest
bariery
wysoko*C
do
trudn4
rzec,z4
Jest
barlerq
przeJ6d
mog.l
Przez
od
rozwL4zania
ruch
modutu
w okre$lonym
A=24O
z
J4dra
wy2sz4
kwantowej
kwadrat
a
rozpadu'
=t=tUnn
d
cz4stkl
nie
(Z-2)e
30 Mev.
okolo
kllkakrotnie
mechanlce
kt6rej
jest
Jak
klasyczna
sily
,;tt
*-m,
-'1O _j4drowych
gdzie
t^tzorem R = 7,3 A'r
r6wnq
zrozumlenla,
oznac;z^
nukleony
poczqtkowego.
wynlku
u
cz4stki
PrzyJmuJ4c,
J4dro.
(R
r(R
dla
(11)
J4dra
na cz4stkq
dzlataJ4oe
kulombosskie
Jacej
w
Powstalego
J4dra
Energia
Na
'
W
a.tomow4
llczbg
oznar;za
Z
J4dra).
mo2na oplsad za Pomoce wzorLl:
elektrostatycznego
gdzle
do
przybll2enlu
r)R
Dla
potrzebny
przedstawlona
Jest
w14*4ce
w
po
Jut
dzlataj4
J4drowych
potencJalneJ
energli'
tJ.
J4dra'
rno2na
PotencJalu-
czas
J4dra
dzlalaj4
potencjaln4
energig
Srodka
od
Wern4trz
Rys.2.
sll
ZaLe?,noSC
r
odlegtoScl
od
a
cz4stkL
nlego
Srednicy
4psiqgiem
Poza
elektrostatyczne.
slly
Jedynle
sie
przeclwnym
trt
2
to
r6wneJ
drogi
d
cz4stkq
znajduJ4c4
(Jest
utworzenia
chrpiti
od
10-21=
czasie
ze
obszarze
ct
sq
J4drowe
wyleclataby
cI
cz4stka
J4drze
nukleon6w
(kulombonrskle)
kulomboctskich,
slX
dzialaJ4
a
pozostalych
siXy
od
sllnieJsze
Po
poszczeg6lne
na
elektrostatyczne
Kr6tkozaslqgowe
nastgpnie
cz4stkq
J4dra
strony
ze
sttY
proton6w.
strony
rr
j4drowe
slty
odpychaj4ca
oraz
wewn4trz
wewn4trz
sie
aby
eie
rozpa€C
zn6w
d.
cz4stek
ma
poruszaj4cych
neutron6w,
dw6ch
sie
tworz4c4
Na
nukleony.
nLe
J4drze
spotkanlu
czasle
kr6tktm
bardzo
Ir
danych,
wsp6lczesnych
wedtug
Mog4
potencJalu.
barlerE
punkcle
lch
tego
cz4stki
okre*la
klnetyczneJ.
energll
problemu
oplsuJemy
prawdopo{obiefstwo
przestrzenl.
Funkcjq
falo-
funkcJ4
fa.Iow4
znalezLe*
5 -
U (MeV)
30
4ttto r
MeV(cc24146;
r *to11m
Ry.s.?.
PrzybllXony
czqst*ri
u, od
przet)Leg
energlj.
potencJalneJ.
istnieje
pewne
bariery
potencJalneJ
wysokocci
barleny.
pr6b
noscl
sukcesem.
z J4dra
w jednostce
proporcJonalne
do
LLczby
(tzn.
do
liczby
z J4dra
do
I
czq€c
Jaka
r6wne
przenlkal-
wsp6lczynnl'ka
staXej
rozpa'du
jest
pr'6b
tych
cz4stkl
sle
wydostania
Prawdopodobierlstwo
Jest
l':
ct2)
L = N T
W
prqdko$ci.
tyle
g-zasu
Jednostce
razy
W
tle
przebywa
cz4stka
tym
czasie
rezy
Srednica
ona
uderza
r6wn4
drogq
o
Sclankq
2R, miesci
J4dra,
siq
llczbowo
studnl
w teJ
Wsp6lczynnlk
bll2eniu
wzorem:
przenikalnoScl
barJ.ery'
JeJ
potencjalu
drodze
v
N = 42 R
,
od
mniejszeJ
tunelowym.
efektem
a
podaJe
czasu
przeniknlqcia
energil
o
Jest
cz4stkl
kt6ry
uwieficzona
d
o!
potencJalu)
T,
bariery
nazywamy
slq
barlerq
st
takl
r.ozpadu
wydostanla
uderzerl
cz4stkq
Proces
Prawdopodobierlstwo
N
przez
2e
wynika ,
r6wnanla
tego
prawdopodobierlstwo
skorlczone
okre3loneJ
dta
Schr6dlngera
rozr.ri4zanla
Z
UCn)-
iqdra
r6wnanle
rozwl4zuj4c
znaJduJemy
.snodfta
od
odleglosc{
potencJatneJ
energlL
zale2nosci
(13)
T,
wyra*,e
sie
w Przy-
6 -
r = eXP
t
gdzle
U(p')
Przedzlal
wyra.2one
Jest
R
punktem
I
jest
podstawieniu
wyra2etl
z prqdkoSci4
(energl4
kinetycznq)
tej
dobrze
zgadzaj4
przez
sie
emplryczny
wz6r
uwieficzone
emisji
cych
spra.wdzian6c,
czEstka
cz4stka
d
czqstka.
zachowuje
jeJ
zlokalizowania
z zased4
2e
przechodzi
w
nie
ponad
Cz4stki
przyci4ganLa
a
z
decydujqcego
oddzialuj4
z wieloma
doznaje
lub
kinetyczna
cz4stki
Zgodnie
byC
o
z
podczas
nasie
cz4stka
wigc
r.rysitki
zgodnie
nieokre3lono6C
cz4stka
u
d
nie
atomach
i
zderzenia
nie
maje
cz4stek
d.
jednoczeSnle
elektrona.mi.
przyci4gania,
poziom
jonizacjq
p€du,
ladunaborbenla.
oddziatuje
przekazywa.na
sity
dodatnim
rzadko
wy2szy
atomu
energil
pop"zez
strumi.enj.a
sily
na
za.chowania
i
Wszel-kie
gl6wnie
pobli2u
w
pojedynczego
Mo
barierq
HATERTA
Z
zdarza j4
dzialania
cz jest
sie
przez
Li
w
wzbudzenie
zasad4
twierdziC,
ostabienie
od
zachowuje
du24
elektron6w
sie
oderwanie
przez
wprowadzilyby
swoim
na
w atomie
uderzaj4c4
przej6ciu
fa.la..
miqdzy
wpXywu
Jego
jesl
i
Lak
do
przekonywuj4-
Po
materi4
atomrrwymi
kr6tkotrwalego
spowodowaC
len
jak
ALFA
j4draml
znaJduj4cymi
bardzo
bariery
z
materlq
c
kwantowej
przenikania
dluzej
ladunklem
przez
Przechodz4c
Proces
bariery
elektrostatycznego
Zderzenia
c
CZASTEK
ujemnym
naJbardziej
Heisenberga
wierzcholkiem
at
z
zupelnie
by
przy
opisywa.nymi
mecha.nj.ki
zlokalizowane
obszarze
mo2na
ADDZTAT.YWAHTE
mo*e
sie
cz4stek
L
(1Ob).
Podczas
nj.eoznaczono3ci
energii,
byd
po
C!2)
rozpadu
do*wiadczalnymi
teorii.
obszar
Obliczone
emisJi
Jednym
mo2e
Wz6r
c.
falowo-czqsteczkowej.
d
jak
zupelnie
tkg
tej
dwoistoSci
barierq
kiem
jest
w
stal4
cz4stki
zastosowanie
d
Plancka.
wej€cia
wi42e
Gej-gera-Nutta1la
cz4stek
ilustracj4
C14)
wynikami
sukcesem
opisu
2.
z
sLal4
(Rys.Z).
prawdopodobiefistwa
teorii
(t4>
jest
h
Rt
i
,
]
punktem
wyjScia
(13)
pomocy
(11),
r^tzorem
okre*lony
calkowania
bariery
o'
{;*tvz,,^ii:arqr
Elektron
co
moie
energetyczny
atomu.
Energia
elektronom.
maksymalna
przekazana
kinetycznej
E.
energia,
jaka
przez
cz4s-
spoczywaj4cemu
7 o
elektronowi
O,O5%
kahdy
akt
35 eV.
W efekcle
jonizacjl
prqdkosc
proste
niu
i
ze
o
2r6d1a
maJE skofczon4
dlugoSd.
liczbq
cz4stek
pocz4tkor+ro
grubo3cl
(Rys.3).
F,
Liczba
zLlczefi
podawany
w
w
punkcie
z
osl4
traci
absorpcJl
wyznaczye
zasiqg
przy
kt6reJ
jest
Sredni
zwykle
krzyweJ
absorpcji
przecigcia
styczneJ
do
Re,
ektrapolowanym,
nazywan4
S - **-F'
wielko6d
o
krzyw4
ste
absorbenta,
zasiggiem
vt
absorbenta
elektronami
z
wynlka
faktu,
wielu
wzbudzenia
aktach
lub
Przypadkowosc
losowy
oznacza
d
cz4stka
2e
przypadkowy.
chara.kte"
maja
kt6re
z
energiq
swe
sLopniowo
zderzefi
R
pewneJ
zale2no3ci
Wykres
punkcie
2e
rozrzutu.
krzy''J'eJ
jonlzacJi,
zaslqg
*redni
przewyf:sza
Ksztalt
zwa.n4
wartoSd
stwierdzimy'
nazywa
styczn4
w
otrzymujemy
to
warstwy
przekroczeniu
Zasiqg
Wykre3laJ4c
tablicach.
przegiqcia
parametrem
polor,rq.
o
maleJe
odciqtych
gruboScl
r6wny
s,
gruboScl
mo2emy
absorpcji
detektora
do
od
zere-'
do
absorbenta.
krzywej
cz4stek
po
a
stala
gruboSci
Z
zale2no6ci
spada
w przybli2e-
s4
docieraj4cych
detektorem,
Jest
szybko
od
zLlczefi
Srednj-,
kt6ra
ez4stek
lLczba
absorpcJi
a
2r6dlem
absorbenta
liczby
w
aktywno*ci
staleJ
Tory
cz4stkl.
zatrzymania
u
okolo
elektronami
wieloma
z
materialnym
o6rodku
powietrze,
energli
stratg
a
do
a2
w
r/*o.
absorbentem
Jest
Srednio
to
Stanowl
E*=4Eo.m
cz4stkl
ma).eje,
ci4gle
mlqdzy
absorbenta
Cdy
oddziatywanla
zmLarzymy
Je$ti
d.
pouroduje
spowalnianych
d
cz4stek
r6wna.
Jest
cz4stkl
energii
okolo
JeJ
ffie,
masle
rozklad
strat
1,0
o
C
c
0F
R
x +
Ry.s.3.
gt-ubo6ci
Zqle2no*t
cb.sorbenta.
urzglgdnei
liczby
eliczeti
R
e
czqstek
od
a energll
na
6clsre
daneJ
drodze.
okresloneJ
nastqpuJe
sle
rozrzuL
zasiqgu,
energll
klnetyczneJ
nie
opada
zera
lecz
rozrzutu
wa2nq
charakteryzuJ4c4
z materl4
wJ.42e
prqdkogcl
krzyrrra
absorpcJl
kt6rego
r6rrneJ
miar4
Jest
ste
hamowania,
okreslana
na
zdolno3ci4
(< c)
cz4stek
cz4stkq
v
zdolnoSc
drogi.
Jednostkq
cz4stkl.
JonizuJ4c4
prqdko6cl4
z
(v
swiatta
ze
oddziatywanie
zdorno.fc
p"zez
poruszaJ4cych
cz4stek
Lzw.
Jest
tracona,
ta
stracle
absorbenta
rozmycj.e,
tym
S.
energla
WteIkoSC
pewne
ma
wlerkoscl4
naladowanych
grubosci
z
catkowiteJ
Dlatego
przy
skokowo
energll
jest
ZwLaza.ny
a.
absorbent,
rozkkadu
odpowiada
cz4stkg
pocz4tkowo
o
przez
szeroko6C
zaslqg
przez
cz4stkl,
parametr
i
absorbenta.
gdy2
do
zaslqgowi
Jako
energll
q,
czqstek
przechodzL
grubo*cl4
z
strumlerl
energil
..rozmycle"
zwlqksza
Gdy
znacznie
DIa.
mnleJsz4
ha.mowania.
od
okresrona
Jest
wzorem:
4 2 _
E t z n z
- -dE=
dx
-
2
17tE
o
nl
e
v
z mv
2
r
n
2
e
,
( 15)
I
g d z l e v L z p r q d k o 3 d l l i c z b a a t o m o w a c z 4 s t k i , n l Z
llczba
atom6w
absorbenta,
do
-
I
okre*lany
wynlka,
w
straty
koncentracJl
absorbenta.
czyl|
sa
ktnetyczneJ
jest
w powietrzu.
Z rysunku
widac,
'przy
korlcu
toru
cz4stkl ,
czfl!
prgdko6cl.
JeJ
Przy
przebywanla
cz4stkl
tym
zwiqksza
samym
elektrony
i
zetrzorem
(15)
ste
wielkosc
t
prz!
Jednak
nle
odlegto3cl
wolnieJszym
w poblJ-*u
sle
wzoru
c1s)
dzieJe,
gdyz
hamowanla
stracL
wz6r
dlugo3ci
*,e
zdolnosc
rr
rnlarq
slly
zmnleJszania
sie
ni4
przycl4gania
energii.
powinna.
wzrastaC
C15)
nle
czas
atom6w,
elektronom
cal4
drogl
hamowania
zwlqksza
przerz
dzlalania
hamowania.
czqstka
zdolno6cl
od
spotykanych
skutek
kt6reJ
odr*rotnie
ruchu
przekazywaneJ
zdolnosd
Ze
JonizacJl
przybrl2enlu
zale2no*C
t3?*"
polon
przebyteJ
sle
i
cz4stkl.
d
wzrasta
przez
w
cz4stek
emltowanych
atomowa
proporcJonalne
drogi
sq
Jednostkq
(iloczyn
oSrodka
nZ)
oraz
do pewneJ
przedsta.wiona
Rys.4
liczba
wzbudzenia
danego
fcv)*!/v?,
do energti
t
na
eLektron6w
proporcJonalne
Na
dla
energll
prqdkoscl
funkcJl
potencJat
Sredni
do6wiadczalnle
2e
obJqto3ct
Jednostce
swoJ4
na
zgodnie
a*,
energiq.
uwzglgdnia
a
do
Tak
efektu
9 -
fiz
o
1
Ry.s.{.
Zdolno$t
dlugosct,
ha,mouv,nLa
rrr poru{etrzu
toru
wychwytu
elektron6w
prqdkoSclach.
sle
maksimum,
gdy
spada
one
lnne
oraz
n
dziury
r.rzglgdu
nik6w
dwu
dzlur
I
obu
z
wynosi
okolo
obszaru
r62nice
nastqpuJe
p
n Jest
do
w
prz!
dyfuzJa
n.
Etektrony
liczniki
dzlalania
wywoXane
p6lprzewodnik6w
jest
z€
n
zJonizowa.ne
z}'4c;zar
I
p6lprzewodnikowy
obszarze
wla.sno€ci
jonizacji
zl4cza
zJonizowane
w obszarze
stronach
typ6w
W
cenne
komory
zaporowo,
donory,
p-n
a
sie
gt6wnie
w
obszarze
akceptory.
Elektron6w
malo.
koncentracJach
zetkniqciu
elektron6w
diodq
zX.4czem
znaJduJ4
bardzo
do
nast4pit
Podstaru4
warstwle
dodatnio
du2e
jak
u*yte
pory
teJ
swe
procesy
Detektor
uJemnie
na
na
s4
porrl-erzchni.
p I dziur
po
ot
helu,
zdolnos4
pierwszy
Od
scyntylacyJne.
spolaryzowane
ora,z
dzlur
atom
Dlatego
rez
r.
takle,
w
p.
elektrony
w obszarze
I
detektory
typu
przy
shrobodne
1950
wzglqdu
naladowane
i
polo2onym
Ze
Ze
llcznlkl
p6lprzewodnlkow4
p
w
p6lprzewodnikowego
cz4stkl
po
zostaly
nala,dowa.nych
rozw6J.
JonJ.zacyJne
typu
zmnieJsza
oboJqtny
cz4stek
malych
POT,PRZBII'ODNTKOWE
cz4stek
detektora
maleJe,
jonizacJl.
energia.
o
d.
do zera.
p6lprzewodnlkowe
wypleraj4
cz4stkl
cz4stki
v
funkcJi
CE
Mev)'
a=5,3
normnlnych
powstaJe
koficu
osl4ga
gwaltowny
przez
W
darszeJ
Detektory
lch
ladunek
powodowa4
3. DHIEI(TORY
detekcJt
dodatni
?to po
Er6dla
przez
mo2e
potem
1 MeV i
ze
tD b)ctrurtkach
hamowa,nla.
nre
hamowania.
d
absorbenta
Gdy
zdolno3d
kt6ry
cazqsfeft
elektron6w
sie
p6tprzewod-
z obszaru
przechodzqc
do
i
n
do
obszaru
p
p
1 0 t4cz4
sle
nych
n.
W
od
ujemnie
n
warstrrra
donor6w.
ladunku
przechodzenlu
Cz4stka
dziur
na
utworzonej
j,
elektrycznego
w przeclwne
rejeslracJl
przewodnikowy
czynnikiem
zloioneJ
z
krzemu
grubo6ci
o
powoduj4cym
i
ich
n
na
zaporowej
ladunk6wr
p6lJest
powierzchniow4
spos6b.
podda.je
sie
powierzchni
Dobrze
dzialaniu
tlen
warslr*y
typu
(SiOz).
Na.
napyla
sie
3OSlgtcmz,
powierzchnio
typu p
krzern
t y p un
doprowodzenio
elektryczne
z
baori{erq
kon.sfrukcJd
povierzchniorr;'q.
deferktorrz
p
tak
ktQ11a lesl
oprowko
izotujqco
Schernrrf
Jest
wa.rstewkq
worstewko zfoto
Ry,s.5.
co
zl4cze.
krzemu
okolo
pola
stosowany
powstanle
p6lprzewodnika
co
pasmle
wplywem
warstwy
nastgpuj4cy
dtrutlenku
powlerzchnioweJ
Pod
przez
krzemu,
w
barier4
typu
Adsorbowany
powierzchniq
przygotovrane
zhoLa
krzemu
powietrza.
gl6wnym
z
w
potencJalu,
atom6w
znak6w
najczg*ciej
wytwarzany
powierzchniq
wilgotnego
or
p.
bariery
z
plyn4cego
krzemowy
detektor
jest
do
dalszemu
elektron6w
ustrwane
pr4du
impuls
cz4stek
kt6ry
c,czys;zczon4
s4
noSniki,
swobodne
walencyjnym.
odpoviednio
strony,
kr6Lkotrwaly
(Rys.5),
Le
no3nlkl
w obszarze
zjonizowanych
do obszaru
jonizacjg
sie
trr pasmie
dz.lur
a
do
ujemnego
przeciwdziaLa
obszar
pojawieniem
z
w
elektron6w
powoduJe
dzlur
tadunku
dodatnlo
kt6ry
w
bwobod-
przej*ciu
(akceptor6w),
zubo2oneJ
n i
ltczbq
warstwa
od
wpa.dajqc
p-n,
zt4czu
przewodnlctwa
sie
domj.eszek
do obszaru
r6wno$ra2ne
Do
pojawia
zaporoweJ,
naladowana
przy
zachodzi
potencjatu,
skok
zmnleJszaJec
dodatnJ.ego
rrrarstwle
W
powoduje
p
obszarze
zJonizowanych
povstaJe
Jest
dzlurami
proces
Podobny
no3nlk6w.
obszaru
z
CrekombinuJe)
pfllprzetuodnCkou)e€o
-
!!
elektrod4
detektora.
przebyC
musz4
kt6ry
obszaru
detektora
tworzy
przyt4cza
elektrody
par
LLczba
przez
cz4stki
elektrodach,
prze.z
warstwq
zaporor*r4,
w
teJ
zadbad
o
aby
to,
czynneJ
detektora.
poprzez
zmiang
detektora
z barier4
a
stracila
ona
przylo2onego
i
odprowadze-
zblerany
energli
swoj4
wykorzysta.C
energlq
I
W
musimy
w
wa.rstwie
mo2emy
zmieniad
temp-
3OO K
z krzernu
typu
p
opornoSci4
Jest
krzemu
siq,
zarrriera
wla*ci.w4
w
dla
rt:
(16)
t = 5 3 { @ p m
gdzie
na
straconej
cz4stki,
zaporoweJ
wykonanego
zlotej
prze,J6clu
chcemy
napiqcia.
eLektrod
przy
energii
cal4
powierzchniow4
Do
ladunek
Je8li
warstwy
Grubo€C
n.
zasilania.
do
pomlaru
do
elektrodq
podl4czeniu
wiqc
warstwie.
p6lprzewodnlkowy
typu
powstaj4
kt6re
czynnego
Drugq
2r6dla
proporcjonalna
vprost
do
napiqcie
zewngtrznego
dziura,
cz4stkE
krzem
odpowiada
zaporowy
bieguna
sie
za.poroweJ.
na
elektron
Jest
detektor
warslwy
"martwy",
obszar
dostaC
doprowadzaj4ce
Kj"erunek
do ujemnego
sta.nowi
aby
napylona
przewody
impuls.
q,
do
metalu
sle
zhoLa
cz4stkl
t.J.
warstewka
J4ce
Warstewka
krzemu
zale2noSci
typu
od
(warto3d
n
p
d1a
r4r granicach
technologii,
-1
!
U jest
+ loog)m),
Poje'mno3d
korzystaj4c
napiqciem
zaporowym
na poJemno€C kondensa.tora
ze wzoru
e e S
c=+
gdzie
S
(wz6r
16),
porrrierzchnia
Pomimo,
rv ukladzie
pewien
pomiarowym,
rozrzuL.
zjawisk
w
Za
elektronicznych.
przyjmuje
sie
w polowie
maksj.mum
liczby
odpowiada
lmpuls6w
w
tzw.
od
jest
miarg
rozrzuLu
szerokoSd
pol6wkow4
lch
niejednoznacznoSd
amptitudy.
AE
przez
impuls6w
(szerokoSC
opisuj4cej
Rozrzutorrri
okre*lenia
detektor,
ukXadach
amplitudy
krzyweJ
wykazuj4
charakter
detektora
AV
energi4
otrzymanego
impuls6w
cz4stki
do
wysokoSci)
V
statystyczny
prze-iSciu
przyk4czonych
mlqdzy
impulsu
amplitudy
tego
za.poroweJ
krzemu.
zale*no*C
praktyce
przy
warstwy
dieleklryczna
amplitud4
?rzyezyn4
zachodz4cych
r6wnle*
i
plaskiego:
grubo*C
liniowa
E
obliczyd
(17>
I-
stala
istnieJe
naladowanej
cz4stki
Jak
2e
mo*na
,
zl4cza,
wzglqdna
e"=1 2,5
w woltach.
p6lprzewodnikowego
detektora
C
wyra2onym
wziql4
zale2no6d
amplitudy
AV
energii
E,
reJestrowaneJ
c.zqetkt. Stosunek:
=
LV./V
(w procentach)
nazywamy
WspomnieliSmy
z
ukladem
Jest
obszar,
noSn-lk6w
o
w
pary
okolo
pary
wytworzenLa
wlelko*C
lmpulsu
10
uriqksza
razy
dla
llcznlk6w.
nlkowych
o
dzlqkl
SMeV
4. APARATURA
lf,
elementem
elektrycznego
s4
przez
Wielokanalowy
posegre6lowanle
zllczenle
sA
do
$t
I
s
w p6lprzenrodnlku
r6wny
se
(cz4stkJ.
komorq
ot
2Opm)
okolo
I
mnleJsze.
przetwornika
do
lmpuLs6r,r
do
ladunkowy
przetworzenLe
o
llnlor*y
WL,
WAA
(Rys.7),
zale2no€ci
kanala.ch.
analogowo-cyfrowego
linlovrego
od
fmpulsy
PA-C
ich
weJ*clowe
gdzie
te
zwlgksza
zachowuJ4c
Wzmacnlacz
trwania.
wzmacnia.cza
w
kt6ry
czasie
:
na
Impulsy
czynnlk
cz4stki.
o zadanym
ze
lmpuls6w
sam
impulsu
zebranego
cz4stkl.
energiJ.
warstwle
Amplltuda
ladunku
ten
ladunku
w
JonizuJ4c4
energil
amplitudy
impulsy
odpowiednlch
przedwzmacniacz
cz4stkq
wzmacnlacz
anallzator
tych
powstaJ4cy
calkowJ.tego
prostok4tne
s4
lmpuls
napiqciowy.
wigc
amplltudy
impulsy
kierowane
p6lprzewod-
Jest
lmpuls
do
wszystkich
proporcjonaLnoSd
go
na.
przez
r*zmacnlane
ksztattowad
podstawowe
to
licznik6w
znacznl.e
Jest
rrrytworzonego
detektora
a.mplltudq
okolo
uzysklwaneJ
przetnra.rzaJ4eego
toru
zadanlem
detektora
elektrodzle
warunkach
rozdzieJ.czeJ
krzemie
moge byd
kt6rego
proporcjonalna
Jest
Ma
cz4stek
p6l.przewodnikowym
(Rys.6),
zaporoweJ
llcznika
I
do
p6lprzewodnlkowego
zalet4
w
eV
potrzebna.
samych
wypelnlaJ+cym
zaslgg
3,5
do
POT'TTAROYA
detektorze
PWt
takich
zdolno*cl
gazie
r*ynosi
JonizacyjneJ.
zasiqgi
pary
potrzebna
energla
llcznLka
tu
wytwarza
krzemie
W
cenn4
mamy
energia
ni2
komory
rv
maJ+
teynu rozmiary
Plervszym
dla
2e
nLt
w
gazie.
fnn4
to,
mnieJsze
energll
w
energetyczneJ
Jest
znacznLe
Jon6w
dla
naladowana
dziura
mnieJsza.
p6tprzewodnlkowy
JonlzacyJneJ,
Jednak2e
r^zy
nl2
dla
komory
znakach.
-
p6lprzewodnikowych
Detektor
cz4stka
bqdzle
znaczenle
tych
do
kt6rym
rozdzle1ez4.
detektor6w
llcznlkaml.
el-ektron
10
zdolno6ci4
zaletach
innyml
przeciwnych
wytworzenia
jest
o
analoglcznym
r6wnle2
c19)
energetyczn4
Ju*
por6wnaniu
tt
LE/E
do
mo*e
kt6re-
umo2liwia
amplltudy
kierowane
r.rytwa.rzany
I
1 3 -
D
D
2 D
Schemaf
Ry.s.6.
-
KP
Zl,
--
-
promieniott,,.6rr,e,e
tradto
D -
defekfor
-
przedurzmacnlacz
ZNP
-
zasilo.cz
VAA
-
rrrdelo^kanalouy
pomocniczyeh
anrrlizator
w ka2dym
kanale
kt6rych
Jest
zlLczane
kom6rki
ukladu
impulsy,
Ci+g
Lmpulsowl
PA
o
I
lmpuls6w
r*eJSciowemu
otrzymana
Liczba
pa.migciowego
W ten
Jeden.
kt6rych
propor-
Jest
analizowanego.
zwiqkszana
sq
liczba
adresowym
(adres
kanafu
llni.orer-v,
de.fekfor,
pojedynczemlr
w przelicznlku
zawartoSC
trzmacniacz
ampl{tudy.
lmpulsu
odpowiadaJ+cy
nr.rmer
-
VL
impuls6w,
amplitudy
zLLczany
kt6rego
pr62.niotta,
polaryzuJqce6:o
napiqcia
do
okreSla
ladunkotl{tr
pomocnl.czych
cieg
Jest
pompa
p6lprzerrrodn{.Ierxery,
PVL
cJonalna
manomefr,
PP 'o'n*,
pr62niorxr,
zrrrtory
2
jest
M -
pr62niotn,
homora
Z?
pomiaroueJ-
aparatury
UP),
spos6b
amplituda
nale2y
I
7
a
.
a F
.
irngu.tsy
wejscrowe
Ry.s-?.
Zasada
P A-C
-
PA
-
dziolonta
przetuorn{R
praelicanih
rrr{etoftanaloutego
anoltzqtorq
analogorrlo-cyfror{tr
adre.sordlr
UP
-
u}.lad
pamtq'cdotry.
omplitudy.
L4
jest
warto6ci.
Zawarto66
pamigei
rvykres
zJ-Lc,zefi vt
jako
monitora
odwzorowyriranana na ekranie
numeru kanal,u.
funkcji
5.
mu przedzialu
odpowiadaj4cemu
do
WYKONA}IIE CTSICZENIA
Po
A.
przewodnikorvy
pompe
w}.4e,zy6,
pr62niowa
do
najni2szym
poziomie.
p6trprzewodnikowego
rotacyjna
ustalenia
chwili
pomiaru
Dokona6
polaryzuj4cego
zasiJ.acza
wL4ezeniu
widma
i
p rze,z
komorg
manometru
pochodz4cych
impuls6w
bombardowanego
odpompowa6
wskazari
sie
p6f-
detektor
od
cz4stki
na
detektora
alfa
ze
2r6dLa
2a1AmWyznaezyi
zLj-e,ze6,
liczba
oraz
alfa
energii,
jaki
2e
(suma
No
rvysoko6ci
zawartoSci
irnpuls6w
ampJ-ituda
z
Eo=5.48
przlpada
jego
maksymalna
AKo
kanaL6w
.
powietrza
cz4stek
wystqpuje
w polowie
zLj-ezen
piku)
Zakladaj4c,
w kt6r1'm
piku
liczbe
kraricanni
odpompowaniu
Ko,
szeroko66
cal,kowit4
pomigdzy
kanalu
numer
pr62niowej
komory
MeV,
obliczy6
na jeden
kanal,
po
zmierzona
odpowiada
energii
przedzialu
szeroko66
analizatora:
6u=s"/K"
B.
na
Otwieraj4c
stopniowo
z
ustalonych
A i
wyznaczy6
W miarg
staje
sie
widma
impuls6w
widma
od
od
N.
cz4stek
Przy
zawsze
9l tym
0.002
MPa.
alfa,
i
nastgpuje
jak
w
powietrza
naloienie
intenslnvniejszclgo
najni*sze
w6wczas
ciSnienia
Dla
16inice
pomiar
warstwy
wlpe}'niaj4
zakresie
MPa.
0.01
wykona6
znacznie
N naleiy
zwieksza6
wskazuje
grubo66
cz4stek
al.fa
wyznaczaniu
piku.
zewnatrz)
gdy
ciSnienia
kt6re
co okolo
AK i
zasieg'owi
szum6w,
wl,a6ciwego
pomiary
wzrostu
bliska
anal-izatora.
R,
na
okol,o
co
(manometr
p
i
pr62niovry
zaw6r
w komorze
ciSnierl
w komorze
ci6nieniem
punkcie
chwiJ-g
powietrza
ci6nienie
ka2dego
migdzy
kr6tka
oddzieli6
nale*y
kanaly
szumy
zaggScic
15
p
ci6nierl
przy
jako
wyra2on4
lrodlem
g9sto56
p=1.205
w
D
lmg/qn2l.
2OoC
ternperaturze
od
za]'ei.no$6
Pomijaj4c
m9/cm3.
a
detektorem'
powierzchni
nnnHg'=Q.101325 MPa
jest
powietrza
migdzy
jednostkg
masa na
p.6=760
ci6nieniu
powietrza
warstwy
gruboS6
z
ka2dego
dla
obJ-iczy6
d
detektora
od
2r6dl.a
odleglo56
Znaj4c
mamy:
temperatury
D = p.d.p/p"t
przebyciu
po
detektor
szerokoSci
pol,6wkowe
Sporz4dzi6
rvykresy
C.
Dla
ADi=Di*r -
powietrza
przewidywaniami
przez
Sredni
powietrzu
(Rys.3).
wtlznaczy6
grubo6ci
warst
AEi/ADi
Por6wna6
od
gruboSci
wykres
otrzymany
z
.
zLj-c,zeli N cz4stek
liczby
calkowitej
detektor
i
Wyznaczyc
r62nice
oraz
(Dr+Di+r) /2 .
teoretycznl'mi
rejestrowanych
pomiarowych
hamowania
zdolno6ci
zale2no66
D. WykresIi6
oraz
Di.
(pi)=
powietrza
D
AE=68'AK
energii
punkt6w
Ei
grubo6ci
o
na
D.
AE w funkcji
kolejnych
zaLelno66
Wykre6J-i6
warstvry
E i
w jednostkach
AEi=Eia1
energii
r62nice
pik6w
pary
kaidej
powietrza
warstwy
padaj4cych
alfa
czestek
E=6EK
energie
lf"lt3znaezy1,
od grubo€ci
warstvry
zasieg
ekstrapolowany
alfa
powietrza
D
al.fa
w
czastek
Por6wna6 z zasiggiem obliczonym wg.wzoru(9).
LTTERATURA
lfstqp
1. A.strzalkowski,
do fizyki
jadra
atomowego,
PfilN W-wa,
1969.
2. J.Orear,
Eizyka,
3. D.Halliday,
t o m 2 , W N Tl l - w a ,
R.Resnick,
PWNW-wa , 2003.
.T.Walker,
1993.
Podstawyr fizyki,
tom
5,
-16-
i_L
PYTANIA
KONTROLNE
1.
nazywErmy
Co
r6wna
przybLi2eniem
2.
Jakie
emis ji
czastek
mechanika
4.
,Jakie
energia
jest
z
dobrlnn
alfa
i
Podaj
rozpadu?
rozpad
nimi.
miedzy
trudnoSci
j4dra
z
emitowanej
energii
Dlaczego
alfa?
charakteryzuj4ce
wielkosci
Wlznieri
zaleinoSci
3.
alfa
czastki
kinetyczna
rozpadu
energi4
napotyka
alfa
z
fizyka
j4dra?
klasyczna
.fak
w
Proees
wyja6nieniu
ten
wyja6nia
kwantowa?
wielko6ci
opisuj4
oddziatrywanie
czastek
materia?
5.
wyja6nij
zasadg
6.
Zasada
dzia}.ania
dziaLania
detektora
wielokanaloweg'o
p6lprzewodnikowego.
analizatora
amplitudy.
alfa
z