یونیزاسیون اشعهX مقدار مو ثر یونی را = تعریف میکنیم و ظرفیت مو ثر یونی نسبت مقدار مو ثر یونی به زمان تابش هدف آزمایش: مقدمه:

Transcript

1 ر 1 یونیزاسیون اشعهX هدف آزمایش: تعیین مقدار ظرفیت مو ثر یونی هوا تحقیق بستگی جریان یونیزاسیون به جریان فیلامان و ولتاژ آند لامپ اشعه x مقدمه: اشعه x موج الکترومغناطیسی پر قدرت با محدوده انرژي چند تا چند صد الکترون ولت است. این اشعه میتواند با ماده اندرکنش داشته باشد و یکی از اثرات آن ایجاد یون در ماده است. اگر انرژي جذب شده برايm کیلوگرم از مادهΔW ژول باشد انرژي یونیزاسیون در واحد جرم Δ است. اگر کل بارهاي مثبت و منفیQ باشد مقدار مو ثر یونی را = تعریف میکنیم و ظرفیت مو ثر یونی نسبت مقدار مو ثر یونی به زمان تابش تعریف میشود. اگر ماده استفاده شده براي یونیزاسیون گاز باشد تعریف میبایستی در شرایط متعارف (دمايC 20 و فشارm 1=1013 at میلی بار) باشد. بارهاي موجود در محیط را میتوان توسط اعمال پتانسیلی به حرکت درآورد. جابجاي ی بارQ در مدت جریانی میدهد که با افزایش ولتاژ به حالت اشباع یعنی حالتی که کل بارهاي موجود جابجا میشوند میرسد. بنابراین:. I = و. ظرفیت موثر یونی برابر است با: = که ρ دانسیته و V حجم =. است.m=ρV cm 3 وسایل آزمایش: محفظه یونیزاسیون داراي خازنی است که مشخصات آن در شکل 1 نشان داده شده است. حجم آن حدود 122 میباشد. شکل 2 پنل تنظیمات لامپ اشعه x و شکل 3 خلاصهاي از طرز اتصال دستگاهها را نشان میدهد. پتانسیل لازم براي جابجایی یونها توسط مجموعه منبع ولتاژ V DC تامین میشود. جریان حاصل از انتقال یونها توسط تقویت کننده به دستگاه اندازهگیر منتقل میشود. محفظه در دستگاه اشعه x قرار دارد و دستگاه اشعه x باعث یونیزه شدن مولکولهاي هوا میشود. 1

2 Kgcm - برابر است با در آزمایش گاز مورد استفاده هوا است. بنابراین چگالی در فشار یک اتمسفر و دماي 20 C ر 1. به چهار عدد مولتیمتر نیاز دارید. در صورتی که روي میز کار موجود نمیباشد از دستیار آزمایشگاه بخواهید. 3 V A شرح آزمایش: دستگاه را مطابق شکل 3 به هم ببندید. دقت کنید که منبع ولتاژ DC و محدوده آمپلیفایر جریان قبل از روشن و خاموش شدن روي صفر باشند. قبل از روشن کردن دستگاه کلید محدوده کار اندازهگیر ولتاژها را بر روي محدوده 300V تنظیم کنید. توجه کنید که ولتاژ خازن U از نوع DC و ولتاژ آند لامپ اشعه x از نوع AC است. براي اندازه گیري I em (جریان الکترون از کاتد به آند) آمپرمتر را بر روي محدوده 1mA DC قرار بدهید. به منظور بدست آوردن مقدار واقعی ولتاژ آند لامپ U A کافی است از رابطه = استفاده کنید که ولتاژ خوانده شده توسط ولتمتر میباشد. در تمامی مراحل آزمایش مکث لازم جهت اندازهگیري جریان یونیزاسیون را فراموش نکنید. قسمت فلزي اتصالات اندازهگیري ولتاژ آند را لمس نکنید زیرا موجب وارد آمدن شوك الکتریکی خواهد شد. دقت کنید که خط قرمز نشانه جریان زیاد که بر روي دستگاه اشعه x قرار دارد با افزایش I em ظاهر نشود. آزمایش 1 منبع ولتاژ DC و آمپلی فایر جریان و دستگاه اشعه را مطابق دستور بالا روشن کنید. آنگاه ولتاژ و جریان دستگاه اشعه x را زیاد کنید. جریان I em را بر روي 1 ma و را روي 140 V تنظیم کنید سپس با تغییر ولتاژ خازن از صفر تا 210V جریان یونیزاسیون را بدست آورید (ولتاژDC ). در آخر زمان Δt را با افزایش ناگهانی ولتاژ خازن و اندازهگیري مقدار زمانی که جریان یونیزاسیون به مقدار اشباع میرسد بیابید (زمان مکث). نتایج را در جدول 1 ثبت کنید. آزمایش 2 ولتاژ خازن U را بر روي 150V قرار دهید. سپس با تغییرات I em از صفر تا 1 ma جریان یونیزاسیون را بدست آورید و در جدول 2 بنویسید. 2

3 آزمایش 3 I جریان یونیزاسیون را جریان I em را بر روي 1mA و ولتاژ U را بر روي 150V تنظیم کنید. سپس با تغییر V A اندازه بگیرید. نتایج را در جدول 3 ثبت کنید. تصاویر: شکل 1. خازن در محفظه یونیزاسیون 3

4 روشن خاموش لامپ خط قرمز نشانه جریان زیاد کلید اصلی دستگاه تنظیم U A تنظیم I em شکل 2. پنل تنظیمات لامپ اشعه x شکل 3. طرز اتصال دستگاهها نسبت به تغییرات ولتاژ خازن I = 1 ma, V = 140V U جداول و دادهها: جدول 1 جریان یونیزاسیون

5 جدول 2 تغییرات جریان یونیزاسیون نسبت به تغییرات از صفر تاmA U = 150 V 1 ( ) 0/1 0/2 0/3 0/4 0/5 0/6 0/7 0/8 0/9 1 جدول 3 تغییرات ولتاژ آند با تغییرات جریان یونیزاسیون I = 1 ma, U = 150V ( ) پرسشها: در زمان انجام آزمایش به سوالات زیر پاسخ دهید: 1- آیا در آزمایش اول جریان به یک مقدار اشباع رسید ابتدا بحث کنید که آیا چنین انتظاري معقول است یا خیر. سپس در صورتی که اشباعی مشاهده نکردید علت را بیان کنید. 2- زمان مکث چقدر است 3- در مورد تاثیر کاهش یا افزایش فشار بر میزان بحث کنید. پاسخ سوالات زیر را در جلسه بعد تحویل دهید. و 1- منحنیهاي جریان یونیزاسیون را نسبت به رسم کنید و هر یک را تفسیر کنید. 2- مقدار موثر یونی و ظرفیت موثر یونی را بدست آورید. 3- لزوم مکث در اندازهگیري جریان یونیزاسیون چیست 4- کاربرد این آزمایش در کجاست یک نمونه را شرح دهید. 5- آیا از برخورد الکترونها به سطح الکترودهاي خازن اشعهx تولید میشود 5