5.     Изучение углового распределения мюонов космического излучения на уровне моря и определение их времени жизни.

 

Основным видом потерь энергии мюонов при прохождении ими воздуха являются потери на ионизацию атомов. Как было сказано выше,  для релятивистских частиц  потери

энергии на ионизацию  примерно постоянны и  составляют около e=1.8 МэВ на   1 г/см2 .    Толщину вещества удобно мерить в  единицах l*r, где  l — толщина, а  r— плотность.

Толщина атмосферы составляет около 900 г/см2 .  Поэтому  поверхности могут достигать мюоны с начальной  энергией больше,

чем Eмин ≈1,8 МэВ *900  = 1,6  ГэВ.  Без существенной ошибки можно считать, что основная часть мюонов, достигающая

уровня моря, зарождена в верхнем слое атмосферы на высоте 10- 15 км .

 

      Как было сказано выше, измерения интенсивности вертикального потока  мюонов под землей показали,  что

вероятность поглощения следует закону 1/(l*r)1,6 .  Принимая во  внимание, что мюоны, зарегистрированные  под углом θ прошли слой воздуха толщиной l0/cos θ, где   l0  толщина атмосферы, ожидаемая зависимость скорости счета от угла

N (θ) ∼ (cos θ)1,6 . Однако в реальности наблюдается более сильная зависимость  (cos θ)2 . Дополнительные потери  можно объяснить распадом мюонов на лету и тогда

 

 N1 (θ)/N1 (0˚)= (cos θ)1,6 exp( −l0/cos θ/L)/exp( −l0/L),

 

где длина пробега L =gτ0c= cτ0/mm c2.

Таким образом

τ0 = mm c2 / E m  *  l0  /c *(1/cos θ-1)/ln(N1 (0˚)/N1 (θ)* (cos θ)1,6 ) .

 

В качестве величины  E m   можно взять  минимальную

энергию, которая необходима мюону прохождения атмосферы

Emin = ε  l0/ cos θ. Тогда формула упрощается  до

 

τ0 = mm c2 / εc *(1-cos θ)/ln(N1 (0˚)/N1 (θ)* (cos θ)1,6 ) .

 

 

5.1  Порядок выполнения измерений.

 

 

Для получения углового распределения и времени жизни мюонов служит установка с телескопом (как и в первом упражнении). Ось телескопа можно наклонять на  заданный угол по отношению к

вертикали.

 

  Начало работы до 6 пункта   соответствует  описанию из предыдущей работы.

 

6)   Измерить общую интенсивность космического излучения без свинцового фильтра установив время измерения 250 сек.

7)   Поставить  свинцовый фильтр  5 см , закрепить его. Провести набор статистики поочередно для следующих углов наклона θ:  0,30, 45, 60, 75 и 90 градусов. Данные записать в таблицу.

 

Таблица 2.

Угол от вертикали ,  градусы

Число  отсчетов N

Время набора, сек

Частота, Гц

Ошибка

0˚

 

 300

 

 

30˚

 

 400

 

 

45˚

 

 600

 

 

60˚

 

 600

 

 

75˚

 

 600

 

 

90˚

 

 600

 

 

 

 

 

 

Далее
  • Полное содержание
  • Краткая теория
  • Выполнение работы
  • Контрольные вопросы
  • Библиографический список