Harvard Natural Sciences demonstrații de curs

când electronii dintr-un tub catodic se ciocnesc cu sticla, ei încetinesc rapid. Radiația emisă de electroni se numește Bremsstrahlung sau radiații de frânare.

raze x

ce arată

în 1895, Wilhelm R Inktsentgen a descoperit că un fascicul de raze catodice ar putea crea un nou tip de radiație (raze X) atunci când este permis să afecteze un obstacol, cum ar fi sticla tubului însuși. Demonstrația actuală recreează această descoperire. O cruce malteză CRT este sursa razelor catodice, precum și țintă; un contor modern Geiger-Mueller detectează razele X.

cum funcționează

când electronii rapizi interacționează cu materia, ei pot pierde energie prin interacțiunile Coulomb, precum și prin procesele radiative. Energia se pierde în principal prin coliziuni repetate cu electroni atomici (interacțiuni coulomb), provocând excitații și ionizări. Interacțiunile Electron-nucleare, care pot schimba brusc direcția electronilor, pot apărea uneori.

clasic vorbind, accelerația puternică a electronului pe măsură ce este deviat de la calea sa dreaptă dă naștere la radiații, iar o parte din energia electronului se pierde din cauza acestei radiații electromagnetice. Fracția energiei electronice transformată în Bremsstrahlung crește odată cu creșterea energiei electronice și este cea mai mare pentru absorbția materialelor cu număr atomic ridicat. Spectrul de energie Bremsstrahlung este un continuum cu energii fotonice care se extind la fel de mare ca energia inițială a electronilor, dar fotonii cu energie redusă predomină în număr prin ordine de mărime, iar energia medie este o mică parte din energia incidentă.

în acest experiment, o cruce malteză CRT este alimentată de o bobină de inducție a cărei putere este de aproximativ 40 kV. Crucea Malteză trebuie înclinată în jos pentru a nu obstrucționa razele catodice—dorim ca electronii să lovească sticla CRT. În cazul în care luminile sala de curs sunt întoarse în jos un pic, sticla va fi văzut pentru a fluoresce o culoare verde straniu frumos.

raze x

un tub Geiger-Mueller (G-M) 1 este ținut până la fața CRT pentru a detecta razele X emise. Se poate demonstra că acestea sunt raze X cu energie redusă sau „moi” prin interpunerea unor sticlă suplimentară ca absorbant. Paharul unui vas de copt Pyrex este suficient de gros pentru a opri eficient toate razele X. 2

configurarea acestuia

întreaga configurație ocupă foarte puțin spațiu și poate sta pe banca de curs sau poate fi pe un cărucior separat. Utilizați o baterie de celule Gel de 6 volți pentru a alimenta primarul bobinei de inducție—his este important deoarece întrerupătorul din circuitul primar al bobinei de inducție produce un back-emf considerabil care poate distruge componentele semiconductoare ale unei surse de alimentare DC (am învățat acest lucru pe calea cea grea). Bobina de inducție nu trebuie să funcționeze continuu mai mult de 10 minute la un moment dat (supraîncălzire).

nivelul radiațiilor este de aproximativ 4 mR la o distanță de 1 metru și, prin urmare, destul de sigur pentru public și instructor. 3 pentru a minimiza expunerea, țineți la distanță cel puțin o lungime de braț; demonstrația ar trebui să dureze mai puțin de un minut.

am măsurat spectrul energetic al radiației emanate și, așa cum era de așteptat, intensitatea Bremsstrahlung scade rapid odată cu creșterea energiei. Razele X caracteristice din sticlă domină cu un ordin de mărime în număr peste Bremsstrahlung. Razele X NaK la 1 keV sunt cele mai proeminente. Sub această energie, fundalul Bremsstrahlung crește exponențial.4 un punct interesant pentru a face publicul conștient de faptul că radiația electromagnetică vizibilă (lumina) nu este atenuat de sticlă groasă întrucât sticla este destul de opac invizibil (raze X). Alternativ, o foaie de hârtie neagră poate fi interpusă între tubul CRT și Geiger. Acum avem situația opusă—hârtia este opacă la lumina vizibilă, dar transparentă la radiația invizibilă. Acest lucru poate fi un plumb frumos la întrebarea ” Ce este transparența?”

W. R. Leo, tehnici pentru experimentele de Fizică Nucleară și a particulelor – o abordare How-to, ediția a 2-a revizuită, (Springer-Verlag, NY, 1994).
G. F. Knoll, detectarea și măsurarea radiațiilor, ediția a 2-a, (John-Wiley, NY, 1989).

1 Ludlum Măsurători, Inc. ratemetru model 177 cu tub model 44-7 g-m
2 și acesta este motivul pentru care sticla tuburilor de imagine de televiziune este atât de groasă.
3 rețineți că, pentru măsurătorile cu raze X și gamma în intervalul de energie de la câteva keV la câteva MeV, valorile expunerilor la roentgeni pot fi considerate numeric egale cu dozele absorbite în rads la țesut sau cu echivalentele de doză în rem. Rad este unitatea tradițională de doză absorbită. Gri a fost adoptat ca unitate în sistemul internațional și 1 Gri = 100 rad. Limita pentru expunerea profesională a întregului corp este de 1.250 mrem/qtr; 5.000 mrem/an. În medie, expunerea profesională nu trebuie să depășească câteva mrad pe oră. Limita pentru expunerea neocupată (inclusiv expunerea minorilor) este de 125 mrem/trimestru.
4 sticla este compusă în principal din cuarț sau silice (SiO2), amestecată cu sodă (Na2O) și/sau var (cao). Nu am reușit să rezolvăm liniile Ka și K cu spectrometrul nostru.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.