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西安交通大学实验报告 成绩

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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θ与瞄准距离b有如下关系：

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2Ze2?2b设a?，则ctg?，这就是库仑散射偏转角公式。

2a4??0E（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?(?)dn1?? d?nN0td?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（N0t?1）散射到?角附近单位立体角内的概率。最终得到

?1??2Ze2?d?(?)dn1 ??????d?nN0td??4??0??4E?sin4?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：

22d??2Z??1.296??d??E?其中，d?21 ???sin4???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。

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（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?1（3） 改变散射角，验证N?E2。

1sin4?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?Z2。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，这一实验内容的难度较大。 本实验中，只涉及到第（3）方面的实验内容，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

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孔，

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