Учебный эксперимент: Зависимость потока космических лучей от высоты

Комплект оборудования: 

Цель эксперимента:

Цель данного эксперимента — проанализировать поведение потока мюонов, выполнив измерения на различных высотных уровнях.

Например, такие измерения можно проводить:
— на разных этажах здания,
— на различных уровнях возвышенности или горы,
— а также с помощью воздушного шара.

Основа эксперимента:

 Происхождение космического излучения стало одним из самых захватывающих открытий в физике XX века. Первые свидетельства существования естественного и внеземного ионизирующего излучения в атмосфере были зафиксированы в начале 1900-х годов и впоследствии изучались с использованием различных типов электроскопов рядом учёных: от иезуитского монаха Теодора Вульфа до итальянского физика Доменико Пачини и австрийско-американского физика Виктора Гесса (Нобелевская премия 1936 года).

 Измерение потока космических лучей в зависимости от высоты сыграло ключевую роль в понимании природы как первичных, так и вторичных космических частиц. Атмосфера Земли действует как фильтр, поглощая большую часть вторичных частиц, возникающих в результате взаимодействия первичных космических лучей с внешними слоями атмосферы.

Мюоны и пионы обладают наибольшей проникающей способностью и способны достигать поверхности Земли. По этой причине они составляют так называемую жёсткую компоненту  вторичного космического излучения. Мягкая компонента  состоит в основном из гамма-квантов, позитронов и электронов, которые легко поглощаются атмосферой Земли.

В начальной фазе зависимость потока вторичных космических лучей от высоты показывает небольшое снижение, связанное с исчезновением вклада естественной радиоактивности земной коры . Однако затем наблюдается отчётливый рост числа зарегистрированных частиц.

Проведение эксперимента:

Подключите кабели от двух модулей SP5622 к входам плиток, расположенным на задней панели модуля SP5621. Включите модуль SP5621 и начните сбор данных, нажав кнопку START на передней панели.

Когда заряженная частица проходит через чёрную сцинтилляционную плитку, её энергия преобразуется в свет сцинтилляции. Образовавшиеся фотоны регистрируются фотосенсором и преобразуются в электрический сигнал. Количество срабатываний для каждой сцинтилляционной плитки можно просматривать на дисплее модуля SP5621.

Выберите режим двойного совпадения сцинтилляторов с помощью соответствующей кнопки на передней панели, затем установите время интеграции измерения.
Поскольку сбор событий происходит только при наличии совпадения, все события от космических частиц, проходящих только через одну сцинтилляционную плитку, автоматически отбрасываются.

Перед началом измерений выберите геометрию установки. Убедитесь, что эта геометрия остаётся неизменной даже при измерениях на разных высотах.
Соберите и запишите большее количество данных для обеспечения статистической значимости результатов.

Блок-схема экспериментальной установки:

Результаты эксперимента:

Этот эксперимент представляет собой простой способ обнаружения и подтверждения внеземного происхождения космического излучения.

Для лучшего понимания поведения космического потока в зависимости от высоты пользователь может накрыть пол свинцовыми кирпичами.

Зависимость космического потока в зависимости от высоты: