Интернет-лаборатория ядерной физики

 

Статистика в ядерной физике

Цели и задачи лабораторной работы

Основная цель предлагаемой лабораторной работы - проверить, что поток событий, регистрируемых счетчиками ядерных излучений, подчиняется закону Пуассона. В работе строятся и анализируются гистограммы экспериментального распределения импульсов и применяется метод X2 (хи-квадрат) для проверки гипотезы о виде распределения.

Выполняя лабораторную работу студенты проверяют, что при малых интенсивностях счета распределение импульсов со счетчика подчиняется закону Пуассона, а по мере увеличения интенсивности потока событий распределение Пуассона переходит в закон Гаусса.

Как устроена лабораторная установка

Существует несколько схем организации удаленной интернет-лаборатории. Наиболее простая схема - пользователь отсылает запрос, а программа через некоторое время по почте присылает данные. Самая сложная схема - пользователь полностью управляет лабораторной установкой и в режиме реального времени получает данные с нее. Предлагаемая нами схема больше соответствует последнему варианту.

Фотография установки, кликните для увеличения в отдельном окне Установка состоит из детектора ядерных излучений, сервера и пользовательской программы. Детектирующая часть включает в себя сцинтилляционный счетчик и источник высокого напряжения. Счетчик регистрирует вторичные космические лучи. С выхода счетчика импульсы подаются на формирователь и затем непосредственно на входной разъем счетного устройства. Счетное устройство выполнено в виде отдельного блока, связанного с компьютером через параллельный порт компьютера. На компьютере установлена программа управления (ПУ), которая управляет блоком счетчика (запуск, останов, сброс и т.д.). Также ПУ передает данные на сервер.

Сервер также построен на базе персонального компьютера и связан с установкой по локальной сети. На сервере установлена программа обслуживания пользователей (ПОП), которая обрабатывает команды и запросы пользователя, подает соответствующие команды на ПУ, принимает данные с установки и передает их удаленному пользователю.

На стороне удаленного пользователя должна быть установлена программа-клиент, которая предназначена для связи с ПОП. Эта программа посылает команды пользователя на сервер и отображает данные, поступающие с установки.

Система организована так, что счетчик запускается при включении питания. Одновременно на установке могут работать несколько пользователей.

После запуска счетчик непрерывно измеряет количество импульсов за определенный промежуток времени (за t=0,1 с). Интенсивность космических лучей и эффективность счетчика таковы, что за этот промежуток времени регистрируется от 0 до 5-6 импульсов, в среднем 1,8 имп. Т.е. для интервала 0,1 с мы получим распределение Пуассона. Суммирование количества импульсов, зарегистрированных в течение нескольких интервалов, будет равносильно регистрации импульсов за один длительный интервал. Например, для интервала 1 с (т.е. 10 раз по 0,1с) мы получим в среднем 18 имп. Пользователь может выбрать время, кратное минимальному (0,1 с) интервалу. Так, интервалу "1" в клиентской программе соответствует интервал 0,1с, "3" - 0,3с и т.д.

Где получить программы

Программу для работы в ОС Windows версии 95 и выше можно загрузить отсюда - архив ZIP. Для установки создайте пустой каталог (например, STATISICS) и распакуйте в него архив. После этого в каталоге должны присутствовать следующие файлы: stat.exe - исполняемый модуль программы, config.cfg - файл инициализации, Help - каталог с документацией. На этом установка закончена, можно запускать исполнимый модуль.

Порядок выполнения работы

Перед выполнением работы рекомендуем ознакомиться с методическим описанием лабораторной работы. Методички доступны в форматах PDF и DjVu. На этой странице приводятся краткие инструкции по выполнению работы.

Запуск программы

Для запуска программы перейдите в каталог, где Вы распаковали архив и запустите программу двойным щелчком мыши. Для быстрого запуска Вы можете создать ярлык на рабочем столе. Если программа не соединяется с сервером, посмотрите и, при необходимости, отредактируйте файл инициализации "config.cfg".

Получение данных со счетчика

  1. Ознакомьтесь с принципами работы удаленной установки и программы управления;
  2. Подключитесь к удаленной установке;
  3. Измерьте экспериментальные гистограммы для различных интервалов времени (например "1", "3", "9", "20"). Каждую гистограмму необходимо измерять не менее 10-15 минут. Гистограммы следует распечатать на принтере и сохранить в файлы на диске для последующей обработки;
  4. Отключитесь от удаленной установки;

Обработка гистограмм

  1. Определение положения максимума распределения (среднего X): откройте набранные данные; программа сама определяет положение максимума распределения (среднее X). Запишите эти значения на листах с распечатанными гистограммами.
  2. Построение теоретической гистограммы: по данным, полученным в п.1; постройте теоретические гистограммы, учтитывая, что для малых интервалов (когда среднее X меньше 10) распределение следует закону Пуассона, а когда среднее X больше 10 - это уже закон Гаусса.
  3. Проверка гипотезы, что распределение подчиняется тому или иному закону состоит в том, чтобы вычислить величину X2 (хи-квадрат) и выяснить, не окажется ли она настолько велика, что теория неприменима. Вычислите X2 и, задавшись уровнем статистической значимости, сравните полученное значение с табличным (PDF или DjVu) и сделайте выводы.
  4. Для построения гистограмм Вы можете воспользоваться он-лайн программой, перейдя по ссылке "Статистика в ядерной физике"