Sehr lange Halbwertszeiten genau messen

Es gibt bereits einige Fragen zu langen Halbwertszeiten für radioaktive Elemente, die erklären, wie man die Halbwertszeit berechnet.

Jetzt frage ich mich: Wenn Sie radioaktives Material haben und den Zerfall beobachten, wie können Sie sicher sein, dass alle einzelnen Zerfälle tatsächlich von den Detektoren registriert werden? Beeinflusst die Hintergrundstrahlung die Messung und wie groß sind die Auswirkungen? Wie werden normalerweise Experimente zur Messung sehr langer Halbwertszeiten (größer als 1 Milliarde Jahre) aufgebaut?

Haben Sie die Idee der Aktivität untersucht?
Haben Sie die Idee der Detektorzählrate untersucht?
Was ist mit der Stichprobengröße?
Dieser Bericht über Uranium Half-Lifes: A Critical Review , erstellt in Brookhaven (1981), wird einige grundlegende Antworten liefern. Der grundlegende Ansatz beginnt mit Aktivität, wie @Declan vorgeschlagen hat.
Eine Milliarde Jahre ist immer noch ziemlich schnell, da Sie dann nur eine kleine Menge der Substanz benötigen, um eine große Anzahl von Zerfällen pro Sekunde zu erhalten. Es wird viel schwieriger für Halbwertszeiten länger als 10 18 Jahren, siehe zB hier .
Sie fragen sich im Grunde, wie man nicht-triviale Nuklearexperimente entwirft und kalibriert, die mit niedrigen Zählraten vor nicht-trivialem Hintergrund umgehen müssen. Die beste Antwort auf diese Art von Fragen ist es, die detaillierten Beschreibungen dieser Experimente in veröffentlichten Artikeln und, noch besser, in den Designberichten ihrer Kooperationen zu lesen. Instrumentendesign ist „Learning by Doing“, man muss sich anschauen, was andere gemacht haben, und dann kann man es verfeinern.
Betreff: "Wie können Sie sicher sein, dass alle einzelnen Zerfälle tatsächlich von den Detektoren registriert werden?" Sie können sich dessen nicht sicher sein, da sie nicht alle registriert werden. Ein Teil der im Inneren der Probe emittierten Partikel wird niemals entweichen: Sie werden im Probenmaterial selbst absorbiert. Einige der Partikel folgen Flugbahnen, die nicht durch das aktive Volumen des Detektors verlaufen. Einige der Partikel passieren das aktive Volumen, interagieren jedoch nicht damit. Währenddessen werden einige hochenergetische Teilchen von außerhalb des Experiments gezählt.

Antworten (1)

Haftungsausschluss: Ich habe nie die bestimmte Klasse von Messungen durchgeführt, nach denen Sie fragen, aber ich habe andere Präzisionsmessungen mit niedriger Rohrate durchgeführt (Neutrino-Mischung und schwache Formfaktoren).

Der Fokus experimenteller Arbeiten für niedrige Zählraten ist vielschichtig:

  • Maximieren Sie die Datenmenge . Für Zählexperimente geht die rohe fraktionale statistische Unsicherheit vorbei 1 / N Wo N ist die Anzahl der beobachteten Ereignisse. Wenn Ihre Zählraten in Ereignissen pro Tag gemessen werden, kann es lange dauern, bis auch nur eine dritte Stelle von Bedeutung ist.

  • Kennen Sie Ihre Akzeptanz und Effizienz mit hoher Präzision. Sie werden nicht alle Ereignisse erhalten, und das ist kein Problem, solange Sie wissen, welchen Bruchteil Sie auf ein Niveau bringen, das entweder mit Ihrer statistischen Unsicherheit oder der gewünschten Genauigkeit der Messung konkurrenzfähig ist. Im Allgemeinen können Sie zumindest einen Teil davon mit demselben Gerät messen , mit dem Sie die Daten sammeln. Und das ist eigentlich nicht so rund, wie es klingt, aber es muss darauf geachtet werden, dass es richtig wird.

  • Zu diesem Zweck vereinfachen Sie die Geometrie, wann immer dies möglich ist. (Dies ist im Grunde etwas, das entworfen werden muss, übrigens, also machen Sie sich schon bei der Konzeption des Projekts Gedanken darüber.)

  • Schließlich werden Sie mit ziemlicher Sicherheit übermäßig viel Zeit damit verbringen, die Hintergründe zu charakterisieren und zu minimieren . Auch hier müssen Sie diese niederschlagen, bis sie das Fehlerbudget nicht mehr dominieren. Auch hier werden viele davon als Seitenkanäle im Experiment gemessen. Hintergründe, die auf diese Weise nicht vor Ort gemessen werden können, werden als "nicht reduzierbar" bezeichnet und müssen mit einer Kombination aus vorheriger Planung, sekundärer Messung mit zusätzlichen Instrumenten oder Laborarbeit oder im schlimmsten Fall durch Umbau oder Neubearbeitung eines Teils angegangen werden Ihres Detektors.

Natürlich wird jedes Mal, wenn Sie einen dieser Aufzählungspunkte wirklich erreichen, die Zielgenauigkeit höher und der Aufwand verschiebt sich auf die neue schlechteste Linie im Fehlerbudget und Sie gehen herum und herum.

Nichts davon ist speziell für Halbwertszeiten: Es ist nur das Zeug, das Sie tun müssen, um Präzisionsmessungen in der Kern- oder Teilchenphysik durchzuführen.

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