Ćw.80 Doświadczenie Rutherforda
I. Literatura
1. R. Eisberg, R. Resnick, Fizyka kwantowa atomów, cząsteczek, ciał stałych, jąder i cząstek elementarnych, PWN, Warszawa 1983.
2. A. Dietłaf, B. Jaworski, Kurs fizyki t.III, PWN, Warszawa 1974.
3. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Podstawy fizyki cz.V, PWN, Warszawa 2005. 4. I.W.Sawieliew, Wykłady z fizyki t.III, PWN, Warszawa 1989
5. A. Strzałkowski, Wstęp do fizyki jądra atomowego, PWN, Warszawa 1978 6. Sz. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna cz.V, PWN, Warszawa 1975
7. A.K. Wróblewski, J.A. Zakrzewski, Wstęp do fizyki, t.I, PWN, Warszawa 1984 8. Instrukcja firmy Phywe – Rutherford experiment
II. Zagadnienia kolokwialne 1. Modele budowy atomu: a) Thomsona
b) Bohra
c) kwantowomechaniczny. 2. Modele jądra atomowego: a) kroplowy
b) powłokowy c) kolektywny.
3. Doświadczenie Rutherforda – jego rola w rozwoju pojęć o budowie atomu. 4. Cząstki α: ich własności, mechanizm emisji. Oddziaływanie cząstek α z materią.
5. Rozpraszanie cząstek α w polu jądra atomowego. Obliczanie przekroju czynnego na rozpraszanie cząstki α przez jądro – wzór Rutherforda.
6. Detekcja promieniowania jądrowego α, β, γ.
III. Przygotowanie układu do pomiarów
2. Ustawić przedwzmacniacz na cząstki α , przełącznik Bias na „Int.”, a przełącznik Bias Int. na „ - ‘’.
3. Sprawdzić, czy wyjście przedwzmacniacza jest podłączone do wejścia „In” analizatora wysokości impulsów. Analizator wysokości impulsów ma być wyłączony!
4. Sprawdzić, czy są dokręcone śruby dociskowe pojemnika zawierającego źródło cząstek α, detektor i pierścieniową przesłonę ze złotej folii. Włączyć pompę i opróżnić pojemnik do ciśnienia około 10 – 12 hPa. Zamknąć wąż próżniowy za pomocą zacisku i wyłączyć pompę. 5. Odsunąć źródło cząstek α od detektora na odległość około 22 cm. W środkowym położeniu pomiędzy źródłem i detektorem umieścić przesłonę ze złotej folii ( folia może być przesuwana za pomocą magnesu). Nakryć pojemnik przesłoną z czarnej folii.
6. Włączyć analizator wysokości impulsów. Wybrać okienko „Integral” na analizatorze. Zwolnić przycisk „Auto/Man” na ręczne sterowanie. Nastawić napięcie 0,5V na pokrętle regulacyjnym „Base”, aby stłumić szumy. W komputerze w programie Phywe measure 4 ustalić warunki odczytu zliczanych cząstek α.
1. Zmierzyć ilość rozproszonych cząstek α przypadających na jednostkę czasu w funkcji kąta rozproszenia θ. Kąt rozproszenia θ zmieniać w granicach od 200 do 800 poprzez zmianę odległości pomiędzy źródłem cząstek α a detektorem. Po każdej zmianie odległości należy za pomocą magnesu skorygować położenie przesłony tak, aby znajdowała się ona w połowie odległości pomiędzy źródłem cząstek α i detektorem jak na poniższym rysunku:
Czas pomiaru przy danym kącie rozproszenia powinien wynosić co najmniej 30 min. Pomiary dla danej wartości kąta θ powtórzyć 3 – 5 razy. Wyniki pomiarów zamieścić w tabeli:
θ Czas pomiaru [min] Ilość zliczeń czasie Ilość zliczeń w jednostce czasu [1/min] W=
Uwaga: wielkość można obliczyć z geometrii układu pomiarowego na podstawie zależności:
gdzie =2 cm jest promieniem przesłony.
2. Wykreślić zależność . Punkty pomiarowe należy umieścić w prostokątach błędu.
Przyjąć, że błąd ilości zliczeń w jednostce czasu dla danej wartości kąta rozproszenia jest równy największemu odchyleniu od średniej arytmetycznej pomiarów w serii. Niepewność pomiarową wielkości można obliczyć metodą różniczki zupełnej przyjmując, że stała aparaturowa nie jest obarczona błędem. Przedyskutować uzyskany wykres w oparciu o wzór Rutherforda.
3. Wyłączyć analizator wysokości impulsów. Otworzyć zawór przewietrzający pojemnik. Otworzyć pojemnik i przesłonę ze złotą folią zamienić na przesłonę z folią aluminiową. Zamknąć pojemnik. Powtórzyć procedurę podaną punktach III.4, III.5, III.6. „Przygotowanie układu do pomiarów”.
4. Wykonać pomiary dla jednego kąta rozproszenia o wartości takiej samej jak w przypadku złotej folii. Zaleca się, aby to był najmniejszy z kątów przy którym badano rozproszenie cząstek α w złotej folii. Pomiary powtórzyć 3 – 5 razy. Wyniki zamieścić w tabeli:
Folia Grubość folii [μm] Liczba atomowa Z [mm] Czas pomiaru Ilość zliczeń w jednostce czasu [1/min] złota 1,5 79 aluminiowa 8,0 13
5. Wykonać wykres zależności od . Przeanalizować uzyskany wynik (dwa punkty pomiarowe ) w oparciu o wzór Rutherforda.
