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铀238原子能实验室
1950年 ， 传奇玩具商人吉尔伯特推出一款玩具套装——“吉尔伯特铀238原子能实验室（GilbertU-238AtomicEnergyLaboratory）” ， 这套被后世被称为“史上最危险的玩具”之一的玩具在当时售价高达49.5美元 。 玩具刚发布的时候号称是最先进的科学玩具和史上最好的科学套装 。 单从配置上来说 ， 这样的宣传似乎也不算过分 。 玩具套装包括一个盖革-米勒计数器、一个验电器、一个闪烁镜（spinthariscope）、一个带有短寿命α源的威尔逊云室、四个含有铀238的天然矿石、三个低水平辐射源（包括一个β-α混合源、一个纯β源和一个γ源）、一些表示质子和中子的小球（用来组装原子模型）、一本长达60页的说明手册、一本科普漫画书 ， 以及一本由美国原子能委员会和美国地质调查局联合出版的《铀矿勘探》 。 说明手册由曾经参与曼哈顿计划的核物理科学家RalphE.Lapp博士编写 ， 科普漫画书则邀请了三名科学家作为科学顾问 ， 其中就有曼哈顿计划的负责人LeslieGroves将军以及著名物理学家JohnR.Dunning博士 。
将军正在看科普漫画书 ， 眉头一皱 ， 发现事情并不简单
U-238原子能实验室实物
那这套玩具究竟应该怎么玩？实际上 ， 玩具说明书中给出了相当多的玩法 。 例如 ， 你可以选择用盖革-米勒计数器探测铀矿 。 在探测之前 ， 你需要先用玩具里的放射源来熟悉一下盖革-米勒计数器的操作 。 具体来说 ， 你可以让朋友或者家人把一个γ源藏在家中 ， 然后你拿着盖革-米勒计数器寻找藏起来的放射源 ， 当计数器咔哒声越来越密集的时候 ， 就说明离放射源也越来越近了 。 这个小游戏只能算是新手教学任务 ， 等熟悉了操作后 ， 你就可以去野外探索真正的铀矿了 ， 而找到了铀矿的小朋友可以拿到政府的10000美元奖励 。 （当然 ， 这只是一个宣传的噱头 ， 玩具公司也知道铀矿勘探度和捉迷藏的困难程还是有亿点区别的） 。
当年的玩具广告 ， 告诉小朋友们可以通过玩具中的盖革-米勒计数器探测铀矿进而拿到政府提供的10000美元大奖
科学的玩法
由于这款玩具的硬核设计和宣传画中儿童稚嫩的脸庞之间具有强烈的反差感 ， 使得现在人们提起这款玩具的时候总觉得有些魔幻 。 但是实际上这套科学玩具的设计初衷是十分严肃认真的 ， 玩具的设计者非常鼓励儿童用这套玩具来进行真正的科学实验 ， 而不是仅仅用它来进行捉迷藏游戏 。 下面我们就简要介绍一下玩具说明书中给出的几个可操作的科学玩法 ， 以及它们本身的科学背景 ， 以下科学玩法的插图均来自于玩具说明书 。
1发现辐射强度的平方反比定律
因此 ， 我们需要首先熟悉盖革-米勒计数器的使用 ， 然后记录盖革-米勒计数器在不同距离下对γ源的计数率 。 玩具的设计者希望孩子们能够通过实验学会记录数据和在格纸上画图 ， 并且通过所得到的数据发现辐射强度的平方反比定律 。 辐射强度的平方反比定律是指特定位置辐射强度的大小与该位置和放射源的距离的平方成反比 ， 即：
辐射强度的反比定律不仅仅适用于γ辐射 ， 而是可以推广到所有波长的电磁辐射 。 了解到辐射强度的平方反比定律后 ， 我们就可以对不同的放射源计算不同的安全距离 。 此外 ， 在现代的天文学研究中 ， 我们可以通过宇宙中的标准烛光la型超新星来测量十亿光年外天体的距离 ， 其中也用到了辐射的平方反比定律 。
通过这套玩具画出来盖革-米勒计数器计数率和距离的关系图
2测量不同材料对射线屏蔽能力
具体做法是在盖革-米勒计数器和γ源之间插入不同的材料 ， 然后测量将γ源辐射强度降低一半时材料的厚度 。 通过这个实验可以引出一个在辐射防护中非常重要的概念 ， 即半值层（Half-valueLayer） 。 半值层是屏蔽厚度的一个常用的表示方法 ， 其定义就是电磁辐射强度衰弱到初始值一半时所需要的物质厚度 。 官方手册推荐了几种常见的物质作为实验材料 。 通过实验我们可以发现屏蔽材料内的原子序数越高 ， 半值层也越小 。 这也是为什么在辐射防护中经常使用铅作为屏蔽材料 。
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