Изучение поглощения космического излучения в свинце

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ИЗУЧЕНИЕ ПОГЛОЩЕНИЯ  
КОСМИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В СВИНЦЕ 

 
 
Методические указания  
для проведения лабораторных работ 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

ИЗУЧЕНИЕ ПОГЛОЩЕНИЯ 

КОСМИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В СВИНЦЕ

Методические указания для проведения лабораторных работ

Томск

Издательский Дом Томского государственного университета

2017

 

РАССМОТРЕНО И УТВЕРЖДЕНО методической комиссией          
физического факультета 
 

Протокол № 2  от  «13» октября 2017 г. 

Председатель комиссии: 
  М.А. Баньщикова 

 

 

 

В 
методических 
указаниях 
изучается 
зависимость 
интенсивности космического излучения от толщины пройденных 
им свинцовых пластин. 

Методические 
указания 
разработаны 
для 
студентов 
физического, 
радиофизического 
и 
физико-технического 
факультетов.  

 

 

 

 

 

СОСТАВИТЕЛЬ: доцент И.И. Клыков 

РЕЦЕНЗЕНТ: доцент В.Ф. Нявро 

 
 
 
 

ИЗУЧЕНИЕ ПОГЛОЩЕНИЯ

КОСМИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В СВИНЦЕ

Цель работы: Знакомство с основными представлениями о 

космических 
лучах; 
изучение 
зависимости 
космического 

излучения от толщины пройденных им свинцовых пластин.

Общие сведения

Основные представления о космических лучах даны в разделе 

«Общие сведения» лабораторной работы «Изучение углового 
распределения интенсивности космического излучения».

При прохождении космических частиц через какую-либо среду 

наблюдаются сложные процессы их взаимодействия с атомами 
среды. Характер этих процессов зависит как от природы и энергии 
космических частиц, так и от природы вещества, с атомами 
которого взаимодействует данная частица. В простейшем случае 
космическая частица просто теряет часть своей энергии или 
поглощается средой полностью.

В работе измеряется интенсивность космического излучения 

после прохождения набора свинцовых пластин. При увеличении 
толщины пластин, интенсивность прошедших лучей падает. В 
конце концов, достигается положение, при котором дальнейшее 
увеличение толщины слоя свинца не приводит к уменьшению 
интенсивности прошедших лучей. Это означает, что «мягкая» 
компонента полностью поглотилась в свинце и мы измеряем 
интенсивность 
Ιж
«жесткой» 
компоненты. 
Сравнивая 
эту 

интенсивность 
с 
интенсивностью 
Ι0=Ιм+Ιж,
измеренной 
в 

отсутствие 
свинцовых 
пластин, 
можно 
найти 
отношение 

интенсивностей «жесткой» и «мягкой» компонент космических 
лучей в месте проведения эксперимента.

Если 
измеряется 
интенсивность 
космических 
лучей 
в 

лаборатории, то их мягкая компонента уже почти полностью 
поглощена крышей и перекрытием здания, в котором расположена 

лаборатория, т.е. в лабораторию попадают в подавляющем 
большинстве «жесткие» космические лучи, которые слабо 
задерживаются свинцом. Поэтому разность интенсивностей 
космических лучей, измеренных до прохождения пластин и после 
прохождения пластин, невелика и сравнима с погрешностью 
измерения. Поэтому реально в работе удается оценить только 
верхнюю границу для величины отношения Ιм/Ιж интенсивностей 
«мягкой» и «жесткой» компонент космических лучей.

Поскольку интенсивность космических лучей в лаборатории 

невелика, все измерения проводятся для лучей, падающих 
вертикально, 
что 
соответствует 
максимуму 
наблюдаемой 

интенсивности.

Описание метода и

экспериментальной установки

Для измерения интенсивности космического излучения в 

работе 
используется 
установка, 
называемая 
«космический 

телескоп». Описание телескопа и порядок работы с ним приведены 
в лабораторной работе «Изучение углового распределения 
интенсивности космического излучения».

Методика измерений:

1. Привести установку в исходное состояние.
2. Время измерения выбрать таким, чтобы относительная 
погрешность измерения числа событий не превышала 10%. 
Удобно все измерения проводить в течение одинакового времени, 
тогда можно сравнить не интенсивность лучей, а число импульсов, 
зарегистрированных после прохождения лучами через свинец 
разной толщины. Время измерения следует подбирать, поставив на 
пути лучей все свинцовые пластины, так как в этом случае 
интенсивность прошедших лучей минимальна, а относительная 
погрешность измерения δ максимальна.

Рис.5. Общий вид установки.

3. Убрать с пути лучей все девять пластин и измерить число 
импульсов n, регистрируемых телескопом за выбранное время. 
Результат измерения занести в таблицу.
4. Беря разное число пластин, провести измерения, постепенно 
увеличивая толщину d свинца, стоящего на пути космических 
лучей, до девяти пластин.
5. Повторить еще два раза весь цикл измерений числа импульсов, 
отсчитываемых телескопом при данной суммарной толщине d 
свинцовых пластин. Результаты всех измерений свести в таблицу:

Таблица 1

Время одного измерения t(с)

Номер
опыта

d, 
см

n
δn
N
Δ
δN

1
2
3
1
2
3

Полное число строк с измеренными значениями будет 

тридцать.
6. Для каждого измерения вычислить относительную 
погрешность:

1

n
n




Если какое-либо измерение дает резкое отклонение значения δ, 

то проанализировать возможные причины такого отклонения и 
решить вопрос об исключении этого результата и повторении 
измерения.
7. Для каждой толщины d найти суммарное значение N числа 
импульсов, зарегистрированных за три цикла измерений. По 

формуле 
N
 
рассчитать стандартную погрешность измерения 

величины, а также ее относительную погрешность 

1

N
N




8. Построить график зависимости 𝑁 = 𝑓(𝑑) . Экспериментальные 
точки нанести на график вместе со стандартной ошибкой.
9. По формуле









m ax

m ax

0
м

ж

N
N
d
I

I
N
d





с учетом погрешностей измерений найти верхнюю границу для 
отношения интенсивностей «мягкой» и «жесткой» компонент 
космических лучей, проникающих в лабораторию.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что представляют собой первичные космические лучи?
2. Как образуются вторичные космические лучи?
3. Как возникают каскадные ливни?
4. Что такое «жесткая» и «мягкая» компоненты космических 

лучей?

5. Почему 
первичные 
космические 
лучи 
изотропны 
в 

пространстве?

6. Почему в атмосфере нарушается изотропия распространения 

космических лучей?

7. Что происходит при взаимодействии космических лучей с 

веществом?

8. Почему 
регистрируемая 
в 
лаборатории 
интенсивность 

космических лучей слабо зависит от толщины пройденного ими 
свинца?

9. Как устроен «космический телескоп»?
10.Объясните принцип работы экспериментальной установки?

ЛИТЕРАТУРА

1. Мурзин В. С. Введение в физику космических лучей: Учеб 

пособие для вузов. – 2-е изд., доп. М.; Атомиздат, 1979,- с. 304.

2. Гальпер А.М. Космические лучи. – 2-е изд., исп. и доп. М.: 

МИФИ, 2002. – 172с.

3. Санкт-петербургский государственный университет, практикум 

по ядерной физике, под редакцией В.О. Сергеева, С-Пб, 2006, –
184с.

4. Малышевский В. С.: 
Учебно-методическое 
пособие 

«Лабораторный практикум по физике ядра и частиц». -Ростовна-Дону, 2008. – 47 с.

Издание подготовлено в авторской редакции 
 
 
Отпечатано на участке цифровой печати 
Издательского Дома Томского государственного университета 
 
Заказ № 2914 от «9» декабря 2017 г. Тираж 50 экз.