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α粒子散射实验报告含思考题

α粒子散射实验报告含思考题

西安交通大学实验报告

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课程:_______近代物理实验_______ 实 验 日 期 :

年 月 日 专业班号___ ___组别_______ 交报告日期: 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θ与瞄准距离b 有如下关系: 设E

Ze a 02

42πε=,则a b ctg 22=θ,这就是库仑散射偏转角公式。 (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。

α粒子散射实验报告含思考题

经常使用的是微分散射截面公式,微分散射截面公式

0d ()d 1d d n n N t σθ=?ΩΩ

其物理意义为,单位面积内垂直入射一个粒子(n =1)时,被这个面积内一个靶原子(10=t N )散射到θ角附近单位立体角内的概率。最终得到

22

24

00d ()d 121d d 44sin 2

n Ze nN t E σθθπε????== ? ?ΩΩ???? 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α粒子的能量,得到公式: 24d 211.296d sin 2Z E σθ??= ?Ω????

??? 其中,d d σΩ的单位为sr mb /,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。

(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

t N ∝。

(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21E N ∝。

(3) 改变散射角,验证2

sin 1

4θ∝N 。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