• 5

Работа 79. ИЗМЕРЕНИЕ УГЛОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ

Принадлежности: телескоп из двух рядов счетчиков, схема совпадений ССА, выпрямитель.

Прохождение космических лучей через атмосферу представляет собой сложный процесс постепенного поглощения первичной ком­поненты и образования вторичной компоненты, возникающей при взаимодействии быстрых частиц с ядрами и атомными электро­нами, содержащимися в воздухе. Это изменение состава космиче­ского излучения происходит в основном на больших высотах; вбли­зи уровня моря идет главным образом уменьшение интенсивно­сти космического излучения из-за их постепенного поглощения в воздухе.

Прохождение космических лучей через атмосферу связано, ко­нечно, и с рассеянием, т. е. изменением направления полета. Для быстрых частиц, однако, рассеяние не вызывает заметного переме­шивания частиц, летевших вначале в разных направлениях; вто­ричные частицы в существенной мере сохраняют направление первичных.

Исследование углового распределения космических лучей на уровне моря показывает, что их интенсивность резко зависит от направления, быстро увеличиваясь при переходе от горизонталь­ного направления к вертикальному. Качественно такая зависимость представляется вполне естественной, поскольку для вертикально летящих частиц толщина пройденного слоя атмосферы является минимальной.

Найти формулу, описывающую интенсивность космических лу­чей в зависимости от угла падения, теоретическим путем не удается. Поэтому для расчетов используется эмпирическая формула

/(0) = /ocos20.           (1)

В этой формуле / (9) — интенсивность космического излуче­ния, составляющего с вертикалью угол 0, /0 — значение / (0) для угла 0 = 0.

Интенсивностью излучения называется отнесенное к единице телесного угла количество частиц, падающих под данным углом к вертикали на единичную площадку в единицу времени. Соответ­ственно / (0) имеет размерность см-2 «с"1 «ср-1.

В предлагаемой работе угловое распределение космических лучей исследуется с помощью телескопа, состоящего из двух рядов счетчиков Гейгера типа СГ-5 (рис. 257). В работе 78 описаны входя­щие в состав установки радиотехнические схемы, а также методы их проверки и накладки. Ограничимся поэтому несколькими крат­кими указаниями,

Схема собпйдвний ССА

Основной целью работы является проверка формулы {1). Как это обычно бывает в работах с космическими лучами, главную трудность представляет набор достаточной статистики. Поэтому имеющееся в распоряжении студента сравнительно небольшое время опыта должно быть использовано очень разумно.

Хорошо известно, что радиотехнические устройства начинают стабильно работать лишь после достаточного прогрева. Установку следует включать поэтому в самом начале занятия. Нужно также помнить, что первые экспериментальные результаты обычно бывают получены при не вполне стабильно работающей установке. Опыты, которые ставятся вначале, не должны поэтому требовать большого времени и должны обязательно повторяться в конце работы. Лучше

всего начинать опыт с измерения интенсивности вертикально направ­ленного излучения.

Результаты опыта естественно изображать в координатах / (б), cos2 0. В этих координатах фор­мула (1) имеет вид прямой линии. Ясно, что обнаружить, ложатся или не ложатся на прямую экспе­риментальные точки, можно луч­ше всего в том случае, если точки на графике распределены более или менее равномерно. Эта равно­мерность должна соблюдаться со­ответственно не по углам б, а по функции cos26.

Выбор числа углов, при кото­рых производятся измерения, не является критичным. Надежность результатов мало меняется от того, будет ли выбрано при изме­рениях пять разных углов или де­сять, так как время, в течение которого снимается каждая точка, при увеличении числа углов соответственно уменьшается. О выборе числа углов можно высказать некоторые качественные сообра­жения.

При любой постановке опыта должны быть проведены измере­ния при угле б = 90° (или близком к нему), так как результат этого опыта определяет фон установки, который должен быть вычтен из всех остальных результатов. Должны быть проведены также изме­рения при 6 = 0. Ясно, что полученные два результата не остав­ляют никаких возможностей для проверки ожидаемого закона рас­пределения, так как прямую можно провести через любые две точки. Лишь при трех рабочих углах впервые появляется возможность

 

7*1

Рис. 257. Блок-схема установки для измерения углового распреде­ления космических лучей.

проверить формулу (1). При пяти-шести углах форма кривой выри­совывается уже достаточно ясно, и надежность результата зависит в основном от статистики. Дальнейшее увеличение числа углов при правильной обработке результатов не улучшает, или мало улуч­шает, условия опыта.

Выбор большого числа рабочих углов нецелесообразен по сле­дующим соображениям. Как уже неоднократно отмечалось, боль­шие преимущества представляет такая организация опыта, при кото­рой каждая точка снимается дважды — в начале и в конце экспе­римента. Совпадение или несовпадение результатов позволяет судить о стабильности работы схемы, а их усреднение в существен­ной мере устраняет временной ход установки, если он имеет­ся. Разумно поэтому ограничиться пятью-шестью измеряемыми углами.

Рассмотрим теперь вопрос о наиболее целесообразном распре­делении времени измерения между точками. Для проверки того, насколько хорошо эксперимент описывается формулой (1), сущест­венна главным образом относительная ошибка опыта. Поэтому желательно во всех точках набрать приблизительно одинаковое число отсчетов. Время измерения при этом должно от точки к точке изменяться обратно пропорционально скорости счета, т. е. пропор­ционально l/cos20. Это условие невозможно выдержать при 0 = = 90°, где время измерения становится очень большим, и трудно соблюсти в точке, ближайшей к 90°, во всех остальных случаях его следует придерживаться.

При обработке результатов недостаточно ограничиться графи­ческим анализом. Совместность результатов с формулой (1) сле­дует проверить с помощью метода х2 (см. приложение IV, § 4). При вычислениях из непосредственных результатов опыта должен быть вычтен фон — скорость счета при угле 0 = 90°.

Контрольные вопросы

1.         Каково угловое распределение космических лучей у границ атмосферы на нашей широте и на экваторе (на вопрос отвечать качественно)?

2.         Какие частицы регистрирует телескоп из гейгеровских счетчиков?

3.         Как объяснить, что и жестокая и мягкая компоненты на уровне моря имеют примерно одинаковый закон распределения по углам?

4.         Как надо видоизменить установку, чтобы можно было измерять переход­ную кривую космических лучей из воздуха в некоторое вещество?

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я