α粒子散射实验报告含思考题

温柔似野鬼°
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2021年02月11日 01:20
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-

2021年2月11日发(作者：抗战纪念日)



.














































I








































交


通


大


学


实


验


报


告




成绩







第


1


页（共


7


页）


< /p>


课程：


_______


近代物理实验


_______


实



验



日



期



：



专业班号


___








___


组别


_______


交


报


告


日


期


：







年




月




日







年




月




日



姓






名


__Bigger__


学号


_










_


报



告



退



发



：








（订正、重做）



同



组



者


___















________


教师审批签字：




实验名称：


α


粒子散射



一、



实验目的



1)



初步了解近代物理中有关粒子探 测技术和相关电子学系统的结构，


熟悉半导


体探测器的使用方法 。



2)



实验验证瑟福散射的微分散射截面公式。



3)



测量


α


粒子在空气中的射程。




二、



实验仪器



粒子源，真空室，探测器与计数系统，真空泵




三、



实验原理



1


．



α


粒子散射理论


（


1


）库仑散射偏转角公式



可以证明


α


粒子的路线是双曲线，偏转角< /p>


θ


与瞄准距离


b


有如下关系：



.













































.



r



.


































.



.














































I






































2


b


2


Ze


2


设


a



，则


ctg



，这就是库仑散射偏转角公式。



2


a


4

< p>



0


E


（


2


）卢瑟福散射公式



在上 述库仑散射偏转公式中有一个实验中无法测量的参数


b


，因此必 须设法


寻找一个可测量的量代替参数


b


的测量。




经常使用的是微分散射截面公式，微分散射截面公式



d



(



)


d


n


1

< br>




d



n


N


0


t


d



其物理意义为，单位面积垂直入射 一个粒子（


n


=1


）时，被这个面积一 个靶原子


（


N


0


t



1


）散射到


角附近单位立体角的概率。最终得到


< br>


1




2


Ze


2



d



(



)< /p>


d


n


1






< p>



d



nN


0


t


d

< br>



4




0




4


E



sin


4



2


这就是著名的卢瑟福散射公式。



代入各常数值，以


E


代表入射



粒子的能量，得到公式：


< br>2


2


d




2


Z




1.296




d




E



其中，


d



2


1






sin


4





2



d



的单位为


mb


/


sr


，


E


的单位为


MeV


。



2


．



卢瑟福理论的实验验证方法



对卢瑟福散射公式，可以从以下几个方面加以验证。



.













































.



r



.


































.



.














































I





































（


1


）



固定散射角，改变金靶的厚度，验证散射计数率与靶厚度的线性关系


N



t


。



（


2


）



更换


α


粒子源以改变


α


粒子能量，验证散射计数率与


α


粒 子能量的


平方反比关系


N


< p>
1


E


2


。



（


3


）



改变散射角，验证


N


1


sin


4


2


。这是卢瑟福散射击中最突出和最重要


的特征。



（


4


）



固定散射角，使用厚度相等而材料不同的散射靶，验证散射计数率与


靶材料核电荷数的平方关系


N



Z


2


。由于很难找到厚度相同的散射


靶，而且 需要对原子数密度


n


进行修正，这一实验容的难度较大。



本实验中，只涉及到第（


3


）方面的实验容，这是对卢瑟福散射理论最有力


的验证。



3


．卢瑟福散射实验装置



（


1


）散射真空室



（


2


）电子学系统


（


3


）步进电机及其控制系统< /p>



在实验过程中，需在真空条件下测量不同散射角的出射



粒子计数率，这样


就需要经常地变换散射角度 。在本实验装置中利用步进电机来控制散射角



，可

< p>
使实验过程变得极为方便。不用每测量一个角度的数据便打开真空室转换角度，

只需在真空室外控制步进电机转动相应的角度即可；


此外，


由于步进电机具有定


位准确的特性，简单的开环控制即可达到所需精确的控制。



四、



实验步骤



1)



若打开真空室上盖，可以直接观 察并调节散射源准直孔大致与探测器准直


.













































.



r



.


































.



.














































I





































孔，盖紧真空室盖子。



2)



打开机械泵，对真空室进行抽真 空，以减少空气对



粒子的阻碍作用。



3)



通过步进电机细调散射源准直孔 与探测器准直孔的相对位置，


同时观察计数


器窗口显示所接受到 的最多粒子数时，两准直孔处于对正状态，称为物理零


点。



4)



若不打开真空室上盖，可直接利 用步骤


3


来寻找物理零点。



5)



数据测量时，

< br>先倒转


10°(为


350°)，


并开始测量围从


350°经至


50°共转


过



60°区间，其中在



=350°～20°间


,


每转

< br>


1°记录


5


组数据

< p>
,


在



=20°～50° 每转过


5°记录


5


组数据



6)



测量值按同一测量时间归一。以为纵坐标作图。以函数形式


< /p>


N



P


1


4


sin


(


)


2


进行曲线拟合，并在同一坐标上画出拟合曲线。其中，


N


为散射计数，


P


1


为


拟合参数。



7)



结论。



五、



实验数据记录与处理



散射角


θ/°



-10


-9


-8


-7


-6


910


1122


1189


1297


1410


923


1074


1153


1280


1472


散射计数


N



896


1052


1230


1364


1432


870


1116


1115


1337


1341


879


1083


1127


1268


1384


平均值



895.6


1089.4


1162.8


1309.2


1407.8




.













































.



r



.


































.

-


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