5.2.21- С использованием многоканального анализатора

На рис. 5 и 6 представлены эти результаты.

Для проверки зависимости скорости рассеивания использовалась алюминиевая фольга в той же конфигурации, что и золотая фольга. Полученные результаты соответствуют теоретическим значениям скорости с высокой погрешностью вследствие малого количества падающих частиц.

Таблица 2: Сравнение измеренных значений скорости при = 4,0 см для золотой фольги толщиной 1,5 мкм и алюминиевой фольги толщиной 8,0 мкм.

Рис. 5: Зависимость скорости частиц от угла рассеяния.

Рис. 6: Уточненная скорость для зависимости от угла и расстояния.

Цель 2: Прямое рассеяние

Измените установку, как показано на рис. 7, используя диафрагму из золотой фольги, повернутой глянцевой стороной к источнику.

Рис. 7: Схема установки для изучения рассеивания с использованием листа фольги круглой формы.

Выкачайте воздух из насоса, закройте детектор от видимого света, откройте программу “Measure”, выберите "Gauge" > "Multi Channel Analyser". Выберите "Integration measurement" («Измерение интеграции»), нажмите "Continue".

В поле "Gain" выберите "Level 2" («Уровень 2»), в «Срез [%]» – 6, а в графе “Recording time [s]” («Время записи (с)») – 1800.

В качестве данных x, введите необходимые значения, рис. 8.

Установите расстояние между детектором и источником со стержнем, закрепите его крепежным болтом; при помощи магнита закрепите золотую фольгу посередине между детектором и источником.

В качестве исходного значения расстояния выберите 10 см.

Нажмите кнопку “Measure” («Измерить»). Через некоторый промежуток времени на экране появится окно, рис. 9. Введите значение расстояния и нажмите кнопку “Accept value” («Принять значение»).

Измените расстояние , при этом, не передвигая фольгу, и нажмите “Perform measurement” («Выполнить измерение»). Проведите измерения при =5, 7, 10, 14 и 19 см, затем нажмите “Accept data” («Принять данные»).

Рис. 8: Окно измерения интеграции

Рис. 9: Окно результата измерения.

В основном окне программы выводятся записанные данные. Запишите параметры измерения, используя "Display options" («Опции дисплея») и сохраните данные измерения. Замените золотую фольгу алюминиевой, выкачайте воздух и считайте данные при = 10 см в течение 2400 с.

Теория и расчет

Рассмотрите рис. 10: скорость частиц в фольге уменьшается при, как

где - облучаемая площадь фольги, а- источник активности (скорость распада), если принять источник за точку.

Пространственный угол , в котором рассматриваются частицы, определяется отношением расстояния между фольгой и детектороми чувствительной зоной, значениеуменьшается при:

.

При

(2)

формула рассеяния для установки на рис. 7 имеет вид:

(3)

На рис. 7 представлена иная конфигурация, используемая в данном эксперименте. В ней фольга имеет форму кольца с радиусом и располагается посередине между источником и детектором. Другие частицы, не проходящие через фольгу, задерживаются экраном с фольгой, а угол рассеяниязависит от расстояниямежду источником и детектором, как:

(4)

Таким образом, в формуле рассеяния (2) следует заменить:

• на , т.к. детектор находится под углом и его проекция по направлению к падению уменьшается;

• на , вследствие увеличения длины пробега для частицы, пересекающей фольгу под углом;

• на , т.к. фольга находится под углом по отношению к частицам и эффективная площадь уменьшается;

• на , где- длина траектории частицы от источника до детектора.

Учитывая, что

то

,

и формула (3) имеет вид

(4)

Таким образом, если увеличить угол рассеяния, уменьшив расстояние между источником и детектором, скорость рассеивания уменьшится из-за , но скорость частиц, ударяющихся о фольгу, увеличивается на, и телесный угол детектора также увеличивается на. Вся конфигурация данной установки компенсирует характервероятности рассеивания. Согласно положениям резерфордовского рассеяния скорость частицы не зависит от расстояния между детектором и источником, а зависит от.На практике расстояние не должно превышать 5 см, поскольку иначе окно детектора 09099.00 закрывает чувствительную зону. Чувствительность детектора к частицам, достигающим чувствительной зоны, почти равна единице, а скорость в темноте будет равна нулю. Срез выбрано так, чтобы частично подавлять многочисленные рассеянные частицы, достигающие детектора и обладающие малой энергией, например, выходя из более глубокого слоя или подвергаясь рассеиванию уже в источнике. Вследствие высокой энергетической чувствительности целесообразность их учета при расчетах находится под вопросом.

Рис. 10: Схема установки для резерфордовского рассеивания