高中物理用灵敏电高辐射计量仪测定220Rn的半衰期课外实验

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高中物理用灵敏电高辐射计量仪测定220Rn的半衰期课外实验


    仪器

　　辐射计量仪（简介见原理部分）；高输出阻抗的可变高压电源，在高压电源和辐射计量仪之间接入一只几MΩ的电阻；220Rn辐射源瓶；停表。 

    实验原理

    辐射计量仪是一只电离室，它的中央电极上接有一根石英丝，石英丝被电光栅照亮，并通过一台装有标尺的显微镜进行观测，当该装置放电时，会看到石英丝的影像在标尺上移动。在接地的情况下，中央电极和石英丝被充电至220V，电离室中的电离引起石英丝－电极系统的电势降落，且电离电流可以通过石英丝影像的运动速度来量度。

　　氡220（即²²⁰Rn）经历α衰变，而α粒子将电离室内的空气电离。α粒子的数量是氡220剩余量的一个量度，因此石英丝影像的运动速度也是氡220剩余量的一个量度。如果用“g”做分度镜读数，用“t”时间读数，则g－t曲线如图44／6所示。从其中可以看到，曲线以直线g＝g₀为渐近线。如果观测数据能保证确定g₀，则半衰期就能从曲线上找到。但是，如果在到渐近区域之前观测数据就使曲线停止弯曲，如图44／7所示，就必须按下述方法确定g₀：

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　　曲线的方程为

　　　　（1）

　　如果t₁时的读数为g₁，2t₁时的读数为g₂，则

　　　　（2）

　　　　（3）

　　将（2）式两边平方后除以（3）式，得到

　　　　（4）

　　由此导出

　　而g₁与g₂须由石英丝影像通过零点标志的时刻取得。

    实验步骤

　　把高压电源接到辐射计量仪的电极上，使正极引线接红色电极。引入高阻值电阻，把高压控制调到零位，并校正辐射计量仪，使光线能进入仪器侧面的光栅，从而能毫无困难地观察到分度镜；按下电钮，以提供一个独立的石英丝－电极系统，并把石英丝和中央电极接至高压的正极，维持电钮的接通状态；提高所加电压，直至能在带十字叉丝的分度镜上看清石英丝为止。通过这个步骤将石英丝影像调节到分度镜零点之后松开按钮，观察石英丝影像几分钟，应保证它稳定在零点，即没有发生漏电。如果它稳定在零点，就迅速挤压辐射源瓶若干次，把氡220引入辐射室。

　　按下电钮，由于电离引起石英丝影像远离分度镜零点；之后松开电钮，当石英丝影像摆动越过零点时启动停表，每半分钟记录分度镜的读数（g）。为了确定挤压辐射瓶的次数，即确定挤压进电离室中氡220的数量，需经过一定的实践。

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　  数据记录与处理

　　记录大量的独立的一系列观测数据。对于每次实验，将观测数据记入下表：

时间t（s）

0

0．5

1

1．5

等等

分度镜读数（g）

 

 

 

 

 

　   作出g－t曲线。

　　如果曲线的后部几乎平行于t轴，立即可以得出g₀之值。计算出g0／2，并作直线g＝g₀／2与曲线相交，读出交点对应的时间值，它就是所要求的半衰期。

　　如果无法像上面那样推得g₀的值，就应用“原理”中的方法去求半衰期。

　　根据每组观测数据求出这些量，并算出半衰期的平均值和衰变常数。

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