تابش حامل جریان و تولید یون!

یک منبع رادیواکتیو، تابشی تولید می کند که هوا را یونیزه می کند. هوای رسانا در این آزمایش، مداری را کامل می کند که الکتروسکوپ را باردار می کند. از مدار برای نشان دادن اثر یونشی تابش استفاده کرده و آن را به عنوان وسیله آشکارسازی تابش یونشی در نظر بگیرید.

وسایل لازم:

• منبع تغذیه EHT با ولتاژ بالا 0-5 kV و مقاومت داخلی
• دو صفحه فلزی با دستگیره های عایق
• الکتروسکوپ با ورقه های طلا
• قلاب برای وصل کردن به الکتروسکوپ
• دو عدد تکیه گاه و بست
• سیم رابط
• منبع مهر و موم شده بدون درز رادیوم (اگر 5 μC   باشد، بهتر است) یا امرسیوم -241  و  5 μC
• نگه دارنده برای منبع رادیواکتیو

نکات مهم:

وب کم برای نشان دادن تصویر ورقه طلا بر روی پرده به کار می رود. از یک لامپ پر نور استفاده کنید تا سایه ورقه طلا را روی پرده یا دیوار بیندازید. مکان لامپ باید در همان سمت ناظر و زیر خط دید باشد. صفحه شیشه ای را از پشت الکتروسکوپ بردارید.

مزیت استفاده از منبع تغذیه EHT (منبع تغذیه ای با ولتاژ زیاد) آن است که مثل یک مدار الکتریکی است (البته از نوع عجیب و غریب!). الکتروسکوپ، نقش اندازه گیری بسیار حساس این آزمایش را دارد و هوای بین صفحات فلزی، چیزی است که مقاومت را تغییر می دهد.

دقت کنید هنگام استفاده از الکتروسکوپ مخصوصا هنگام حرکت ورقه ها به اطراف، فکر نکنید تردستی است!

رادیوم، منبع ذرات آلفا، بتا و گاما است؛ با این وجود، تابش بتا و گاما باعث یونش کافی هوا برای جرقه زدن نمی شوند.

مقایسه عمق نفوذ سه تابش مختلف در مواد رادیواکتیو

ایمنی:

منبع EHT مورد استفاده در مدرسه بایستی حداکثر جریان 5 mA  داشته باشد که ایمنی لازم را تأمین کند. یک مقاومت 50 MΩ    بی خطر می تواند شوک جریان را به کم تر از 0.1 mA  کاهش دهد.

حتما دقت کنید که هیچ رسانای ولتاژ بالای بدون عایقی وجود نداشته باشد، هرجا که لازم است، از رابط 4mm ماده استفاده کنید.

دستور کار:

a)    صفحه های فلزی را موازی با هم و به فاصله1 cm  از همدیگر محکم کنید.

b)    یکی از صفحه ها را به قطب مثبت منبع EHT وصل کنید و از یک مقاومت ایمنی هم در این کار استفاده کنید.

c)     صفحه فلزی دیگر را از طریق قلاب به ورقه الکتروسکوپ متصل نمایید.

d)    محفظه الکتروسکوپ را به قطب منفی منبع EHT وصل کنید.

e)    قطب منفی منبع EHT را به قطب زمین متصل کنید.

f)    منبع را روی 3kV تنظیم کرده و آن را روشن کنید. ورقه الکتروسکوپ به دلیل بارهای القایی بالا می آید، یک لحظه با وصل کردن ورقه به زمین، آن را به وضعیت اولیه برگردانید.

g)  منبع مهر و موم شده رادیواکتیو را کنار فاصله دو صفحه فلزی قرار دهید و ببینید چه اتفاقی می افتد.هوا در این فاصله، یونیزه شده و اجازه می دهد بارها در عرض این فاصله شارش یابند؛ این کار ورقه الکتروسکوپ را باردار می کند.

h)   با وصل آنی ورقه الکتروسکوپ به زمین، آن را تخلیه الکتریکی کنید. سعی کنید با نگه داشتن منبع رادیو اکتیو در زاویه های مختلف نسبت به صفحه ها و فواصل مختلف از آن ها، دوباره الکتروسکوپ را باردار کنید.

i)    می توانید الکتروسکوپ را با یونیزه کردن هوای اطراف آن هم تخلیه الکتریکی کنید.

j)  الکتروسکوپ را از منبع تغذیه جدا کنید اما پایه را متصل به زمین نگه دارید. دیسکی را روی الکتروسکوپ قرار داده و با استفاده از سیم رابط از قطب مثبت منبع تغذیه و از طریق یک مقاومت ضامن آن را باردار کنید.

k)  منبع رادیواکتیو را به بالای دیسک نزدیک کنید. این کار هم باعث یونیزه شدن هوا شده و باعث تخلیه الکتریکی الکتروسکوپ خواهد شد.

l)  دوباره الکتروسکوپ را باردار کنید و سعی کنید با نگه داشتن منبع رادیواکتیو در زاویه ها و فاصله های مختلف از دیسک، تغییرات را ببینید.

هنگامی که هوای بالای صفحه گرد یونیزه می شود، الکتروسکوپ باید به سرعت تخلیه الکتریکی شود. اگر تخلیه الکتریکی بسیار کند صورت می گیرد، یک صفحه فلزی که به زمین اتصال دارد، نزدیک صفحه گرد بالای الکتروسکوپ کنید.

نکات تدریس:

1)    در آزمایش شعله حامل جریان و تولید یون، دانش آموزان دیدند که یونیزه کردن هوا به منبع EHT اجازه می دهد که الکتروسکوپ را باردار کند. در این آزمایش هم از همین ایده بهره گرفته شده است؛ اما اکنون یونش توسط تابش نامرئی منبع رادیواکتیو ایجاد می شود.

2)    وقتی منبع رادیواکتیو را به فاصله بین صفحات فلزی نزدیک می کنید، هیچ شعله یا انتقال انرژی مشهودی نزدیک منبع رادیواکتیو وجود ندارد. با این وجود، باید یون ها در فاصله بین صفحات تولید شوند. پس باید این منبع، مقداری تابش نامرئی از خود پخش کند.

مسیر تابش ذرات باردار در میدان مغناطیسی

3)    از عبارت "تابش یونیزه کننده" برای توصیف انتشار مواد رادیواکتیو استفاده کنید.

4)    این مدار یک وسیله مرئی برای آشکارسازی یونش در فاصله بین دو صفحه است. الکتروسکوپ از طریق جذب کردن یون ها، قابلیت دید و ولتاژ بالا بین فاصله پر از هوا را فراهم می کند. این همان اصل از آشکارساز معروف (شمارش گر گایگر – مولر) است و دانش آموزان را با مفهوم خود آشنا می کند.

شمارش گر گایگر مولر

مرکز یادگیری سایت تبیان

تهیه و تنظیم:خدیجه آلچالانلو