러더포드 산란실험 예비보고서

목차

1.실험 제 목

2.실험 날짜

3.실험 목적

4.실험 부품 및 사용기기

5.실험 이론

6.실험 방법

7.예비 고찰

본문내용

는 것이다. 여기서 는 ⑤에 의해 의 함수로 주어진다.
이 사실은 핵을 중심으로 면적 인 원의 영역 안으로 입사한 알파 입자는 모두 이상의 각으로 산란된다는 것을 의미한다. 따라서 면적 를 상호 작용의 단면적(cross section)이라 한다. 단면적은 일반적으로 로 표기한다.
………………………⑥
물론 입사하는 알파 입자는 실제로 핵의 최근접 거리에 도달하기 전부터 산란되기 시작하므로 핵으로부터의 거리가 이내인 것은 아니다.
이제 단위 부피당 개의 원자를 갖고 있는 두께 의 박막이 있다고 생각하자. 단위 면적당 표적핵의 수는 이므로, 면적 에 입사하는 알파 입자의 선속은 개의 핵을 만나게 된다. 각 나 그보다 큰 각도로 산란되기 위한 전체 단면적은 표적핵의 수 에 핵 1개당 그만한 산란이 생기기 위한 단면적 를 곱한 값, 가 된다. 그러므로 단면적 에 입사한 알파 입자의 전체 개수와 그중에서 이상의 각도로 산란된 입자의 비율 는 그와 같은 산란이 생기게 하기 위한 전체 단면적 와 표적의 전체 면적의 비와 같다. 즉,
식 ⑥에 따라 를 대입하면
이 되는데 위의 계산에서는 박막이 충분히 얇아서 인접한 핵의 단면적이 서로 겹치지 않고 또 산란된 알파 입자는 하나의 핵에 의해서도 충분히 굴절된다는 가정을 했다.
실험에서는 와 사이로 산란되는 알파 입자를 측정하게 된다. 산란되는 알파 입자의 비율은 ⑥을 에 대해 미분하면 얻을 수 있다.
음의 부호는 가 증가함에 따라 가 감소함을 나타낸다.
박막에서부터 만큼 떨어진 곳에 형관판을 놓았으며, 산란된 알파 입자는 형광판에 섬광을 발생시킨다. 와 사이로 산란된 알파 입자들은 반경 인 구 표면의 어떤 영역, 즉
폭이 인 띠에 도달한다. 띠 자체의 반경은 이므로 이 입자들이 도달하는 스크린의 면적 는 다음과 같다.
실험과정에서 개의 알파 입자가 박막에 입사된다면 방향으로 의 폭을 가지고 산란되는 입자의 수는 다. 실제로 측정되는 양인 방향의 형광판에 도달하는 단위면적당 개수 는
이다. 이것이 러더 포드 산란 공식이다.
6.실험 방법
(1) 아래 그림처럼 Scattering Chamber을 설치한다.
(2) Scattering chamber의 를 변화 시켜 가면서 정해진 시 간에 안에 중심 Nuclear에서 반사되어 나간 입자의 산란각을 기록한다.
(3) 처음에는 1mm Slit을 사용하고 30이상에는 5mm Slit 으로 바꾸어 실험한다.
(4) 알루미늄박을 금박으로 바꾸어한다.
(5) 얻어진 data가 산란 공식을 성립하는지검토한다.
(주의) Americium은 방사능 물질이므로 주의해서 다루어야 한다.
7.예비 고찰
알루미늄박이 충분히 얇을 때는 대부분의 알파 입자가 곧 바르게 통과해 나가지만 그 중 몇 개의 알맹이는 거의 90도 에 가까운 큰 각도로 빗나가며 때로는 반대 반향으로 되돌아 나오는 알맹이도 있을 것이다.
원자 내부에 (+)전하가 고르게 분포되어 있다면 알파 입자가 큰 각도로 산란되기 위해서는 많은 원자와 여러 번 충돌하여야 한다.
그러나 알루미늄박의 두께는 매우 얇아서 원자의 층이 수십개 정도이므로 그 가능성은 매우 희박할 것이다.
따라서 알파 입자가 알루미늄 원자와 한번 충돌하여 큰 각도로 산란될 수 있는 전기장이 원자 내부에 있어야 할 것이다.
이 실험을 통하여 (+)전하를 가지며 원자 질량의 대부분을 차지하는 입자(원자핵)가 원자의 중심에 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
8.참고 문헌
김기식 외, 대학 물리학』,인하대학교 출판부, 2001.
David Halliday, Robert Resnick, 『물리학 총론』, 1987, 김종오 역
Arthur Beiser,현대 물리학,교보 문고,1998.

키워드

러더포드산란,   Rutherford,   Scattering,   알파입자,   원자핵,   핵