西安交通大学实验报告
成绩 第1页（共7页）
课程：_______近代物理实验_______ 实验日期： 年月日
专业班号______组别_______
交报告日期：
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：
?2b2Ze2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。
1
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?sin42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。
（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?1E2。
（3） 改变散射角，验证N?1sin4?。这是卢瑟福散射击中最突出和最重要
2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
2
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，
盖紧真空室盖子。
2) 打开机械泵，对真空室进行抽真空，以减少空气对?粒子的阻碍作用。 3) 通过步进电机细调散射源准直孔与探测器准直孔的相对位置，同时观察计数
器窗口显示所接受到的最多粒子数时，两准直孔处于对正状态，称为物理零点。
4) 若不打开真空室上盖，可直接利用步骤3来寻找物理零点。
5) 数据测量时，先倒转10°(为350°)，并开始测量范围从350°经至50°共转过 60°
区间，其中在?=350°～20°间,每转 1°记录5组数据,在?=20°～50°每转过5°记录5组数据
6) 测量值按同一测量时间归一。以为纵坐标作图。以函数形式
N?P1sin4()2进行曲线拟合，并在同一坐标上画出拟合曲线。其中，N为散射计数，P1为拟合参数。
3
?
α粒子散射实验报告含思考题
