出现相对论验证实验中神秘峰.doc

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1、出现相对论验证实验中神秘峰物理系张朝0519028摘要：在进行相对论验证实验时，B-粒子峰旁边出现了一个预期之外的峰，引起它的原因是光电倍增管的暗电流还是其它的什么原因，本文通过实验，希望能够得到一个满意的解释（为了方便表述，下文中均称该峰为A峰）关键词：相对论，暗电流，标志X谱线，NaI（Tl）探测器的结构一、实验仪器RES-99型相对论效应验证实验谱仪：由同济大学物理系研制，装置包括NaI(Tl)单晶闪烁探头、均匀磁场、一级机械泵及真空室等，电脑及密封60CO、137Cs、90Sr-90Y放射源。二、实验设计通过测量

2、无B-粒子源的情况下不同扫描时间的道的A峰记数和有B-粒子源的情况下不同探头位置相同扫描时间和同一探头位置不同扫描时间A峰的记数，以及A峰的道址。对比他们之前的关系，以及通过能量定标算出它的能量来确定A峰的庐山真面目。三、实验数据（一）对A峰扫描时间和记数的测量设置高压为703V，放大器增益为3.00位置，抽真空使气压表的指针指向—0.1Mpa。对A峰的峰值道址采取手动寻峰。1、无B-粒子源的情况下不同扫描时间的记数扫描时间/s200250300350400450500记数39465157616772表一：无源情况下不同

3、扫描时间与记数的关系图一：无源时观察到的A峰的图象其中A峰所对应的峰道址：CH=262、有B-粒子源的情况下不同扫描时间的记数（探头位置：x=25.12cm）扫描时间/s200250300350400450500记数5886959091065122414101563表二：有源情况下不同扫描时间与记数的关系图二：有源时观察到的A峰的图象其中A峰所对应的峰道址：CH=263、有B-源的情况下不同探头位置相同扫描时间的记数设定扫描时间为200s探头位置/cm22．5225．1227．7030．4032．89记数87758841

4、8237155表三：有源情况下不同探头位置与记数的关系其中A峰所对应的峰道址：CH=264、定标定标采用Cs的光电峰：0.662Mev反散射峰：0.184MevNa光电峰1：1.275Mev,光点峰2：0.511Mev道址316442560646能量/Mev0.1840.6621.171.33表四：定标能量与道址的关系用origin以道址为X轴，能量为Y轴，进行直线拟合得到图三：图三：定标曲线拟合得到，E=0.036*CH-0.93（1）（二）对B-粒子不同探头位置和记数的测量设置高压为700V，增益为3.00，抽真空使

5、气压表的指针指向—0.1Mpa。得下表：探头位置/cm22．3825．0227．5530．0532．55扫描时间/s17620430821921530记数10571030105240851056表五：不同探头位置与B-粒子记数的关系四、实验分析：1、A峰是怎么产生的我们先来看A峰到底是不是光电倍增管的暗电流。我们知道，光电倍增管的暗电流来自：a)光阴极材料的热电子发射；b)电极间绝缘材料的漏电可能；c)场致发射，即管内电极尖端和棱角处由于电场很强发射的电子；d)残余气体的电离。如果A峰是由暗电流产生的,那在有源和无源时,

6、B峰上升的速度应该不变。那现在我们来对比一下有B-粒子源和没有B-粒子源相同扫描时间的记数。由表一和表三的数据得：扫描时间/s200250300350400450500有源记数5886959091065122414101563无源记数39465157616772表六：有源和无源记数的关系我们发现,当没有高速电子入射时,随着时间的延长,A峰缓慢上升；而当有高速电子入射时发现,A峰快速上升。所以A峰显然不是由于光电点的暗电流产生的。那它会是什么呢？仔细观察会发现，在不同的实验条件下，唯一不变的就是A峰的峰道址，而道址对应的就

7、是能量，也就是说产生A峰所对应的能量没有发生过改变。最符合这个特点的莫过于标志X射线了。图四：不同探头位置所观察到的峰的位置原子系统内的电子按泡利不相容原理和能量最低原理分布于各个能级。原子壳层按其能量大小分为数层。标志X射线的产生是由于当高速电子撞击到原子内层电子时,内层电子离开原来的壳层,跃迁到外层甚至电离成为自由电子,在原壳层上留下一个空位,外层电子跃迁到这个能量较低的空位上，相应伴随着原子能量的降低。原子从高能态变成低能态时，多出的能量以X射线形式辐射出来。因物质一定，原子结构一定，两特定能级间的能量差一定，故辐

8、射出的特征X射线波长一定。综上所述，产生A峰应该是由某种元素的标志X曲线产生的。那到底是那种元素的呢？由于不加B-粒子源A峰依然存在，甚至堵住探测器的前端A峰的道址依然不变，所以可以肯定，这种元素应该是探测器中的某种元素。而探测器是由陶瓷外壳，铁层，Pb防护层以及内核组成的内核中NaI,微量的TI元素。所以标志X射线