冉绍尔-汤森效应实验
【摘要】
加速电子与充氙闸流管中的氙原子碰撞，电子被散射，把闸流管先后浸入77K液氮和在室温下测俩观众的栅极及板极电流。得出散射概率、散射截面与电子能量的关系，低能电子与气体原子的散射几率与电子速度的关系，验证冉绍尔-汤森效应。用量子力学解释这一效应
测量氙原子的电离电位。
【实验原理】
当灯丝加热后，就有电子自阴极逸出，设阴极电流为IK，电子在加速电压的作用下，有一部分电子在到达栅极之前，被屏极接收，形成电流IS1；有一部分穿越屏极上的矩形孔，形成电流I0，由于屏极上的矩形孔与板极P之间是一个等势空间，所以电子穿越矩形孔后就
以恒速运动，受到气体原子散射的电子则到达屏极，形成散射电流的电子则到达板极P，形成板流IP,因此有
IS2；而未受到散射
IK?I0?IS1
IS?IS1?IS2
I0?IP?IS2
电子在等势区内的散射概率为:
PS?1?
IPI0 (1)
可见，只要分别测量出IP和I0即可以求得散射几率。从上面论述可知，IP可以直接测得，至于I0则需要用间接的方法测定。由于阴极电流IK分成两部分IS1和I0，它们不仅与IK成比例，而且他们之间也有一定的比例关系，这一比值称为几何因子f，即有
f?
I0IS1 (2)
几何因子f是由电极间相对张角及空间电荷效应所决定，即f与管子的几何结构及所用的加速电压、阴极电流有关。将式（2）带入（1）式得到
PS?1?
1IPfIS1 (3)
为了测量几何因子f，我们把电子碰撞管的管端部分浸入温度为77K的液氮中，这时，管内掉气体冻结，在这种低温状态下，气体原子的密度很小，对电子的散射可以忽略不计，
??几何因子f就等于这时的板流IP与屏流IS之比，即
If?P?IS? (4)
如果这时阴极电流和加速电压保持与式(1)和(2)时的相同，那么上式中的f值与式(3)中掉相等，因此有
IIPS?1?PS?IS1IP (5)
设L为出射孔S到板极P之间的距离，则
?PS?1?exp(?QL) (6)
当f<<1时，由(5)、(6)两式得
?IPIS?1?? Q??ln????L?ISIP? 测量不同的加速电压Ea下的Ps的值，即可由上式得到总有效散射截面Q与Ea的关系曲线。
使用直流加速电压的测量线路图
（二）测量测量氙原子的电离电位
采用三极管法，即把充氙闸流管视为三极管，并在板极P对阴极K加一负电位（可取0.5v左右。在氙原子电离之前，板极上没有电流，当电离发生时，板极P将接收到离子流。
测量原理图
【实验内容】
1、 用直流电源，把ZQI 0.1/1.3型充气闸流管的管端部分缓慢地浸到液氮中，观察各级电流（Is、Ip）与加速电压的关系。
2、 观察几何因子f和加速电压Va的关系 3、 测量氙原子的电离电位
【实验仪器】
R-T实验仪 液氮 示波器
【实验记录】
（一）直流测量
1、 按直流电路图连接导线，确认无误后打开电源组，双踪示波器和微电流计碰撞管仍在液氮中。
2、 灯丝电压Ef调至1.88v
3、 调节Ec，由于S电极上吸收电子要比收集极P收集电极早，有电位差。调节Ec使得改变Ea时，Ip和Is同时发生变化，此时的Ec就是我们需要的合适的补偿电位差。记录下 Ec=0.49v
4、 此时Ip的量程为1uA，Is的量程为50uA 5、 测得Ef=1.88v，Ec=0.49v
6、 低温状态下测量Ea与Ip*、Is*的变化关系 （实验测量范围：0—10v） 1）
低温下，透射电流Ip*与加速电压Ea的关系
2）
低温下，散射电流Is*与加速电压Ea的关系
由上两图可看出，透射电流Ip*与加速电压Ea、散射电流Is*与加速电压Ea基本都成线性关系。
7、 室温下测量Ea与Ip、Is的关系
转换环境时要保持阴极温度不变，即要改变灯丝电压Ef使得
Ip+Is=Ip*+Is*
1）
室温下，透射电流Ip与加速电压Ea的关系
冉绍尔-汤森效应实验
