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Index & Contents

공학 올립니다 고급물리학 실험 - Rutheford scattering 실험 다운로드

 

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초록

원자핵의 쿨롬의 힘에 의한 하전입자의 산란을 Rutheford scattering이라 한다. 1909년 H.가이거와 E.마스덴이 행한 입자의 원자핵에 의한 산란 실험에서, 입사방향에서 90° 이상 휘어져 나오는 입자가 발견되었다. 이러한 대각도 산란의 설명으로 11년 E.러더퍼드는 J.J.톰슨의 `원자의 양전하는 원자 전체에 분포한다`는 무핵원자모형에 대해, 원자 속에 크기는 작지만 밀도가 매우 큰 양전하핵이 들어있고 핵 속에 모든 양성자와 원자 전체질량의 대부분이 집중되어 있다는 유핵원자모형을 고안, 중심핵과 입자의 산란을 설명하였다.

방사성 물질인 Am-241을 이용하여 입자를 금속박막과 알루미늄 박막에 입사시키고, 입사각을 변화시키면서 입자의 검출 개수를 측정함으로써 Rutherford에 의해서 실시된 입자 산란실험을 재현할 수 있다. 이 결과를 (Rutheford Scattering Fomula)와 비교해 볼 수 있으며, 금과 알루미늄의 산란율의 비율을 다음 공식과 같이 이용하여알루미늄의 원자번호를 계산해볼 수 있다.

 

서론

 

1. Rutheford의 실험

1911년 E.러더퍼드는 모든 원자의 중심에 원자핵이 존재하는 것을 실험적으로 밝혀냈다. 이로써 원자의 내부구조에 대한 올바른 이해의 기초가 마련되었다. 당시 러더퍼드의 연구실에서는 그림과 같이 방사성 물질인 라듐에서 방출되는 고속의 α입자를 납으로 된 슬릿을 통해 선속(線束:일정한 점을 지나는 직선의 다발)으로 집속하여 그 α선이 여러 원소의 박막(薄膜), 예를 들면 금박(金箔)에 부딪혀 α입자가 산란되는 모양을 관찰하였다. 그 결과 α입자의 대부분은 거의 굽어지지 않고 앞쪽으로 산란하지만 때로 큰 굴곡을 일으켜 뒤쪽으로 산란하는 경우도 있다는 것을 확인하였다. 러더퍼드는 원자의 중심에 양전하 (는 임의의 정수, 는 기본전하량)를 가지고 원자의 반지름(약 10㎝)에 비해 훨씬 작은 크기인, 원자의 질량이 집중된 원자핵이 존재한다고 가정하여, 계산한 결과가 실험결과와 거의 일치하는 것을 보여주었다. 그리고 여러 원소의 박막에서의 산란강도, 각분포(角分布) 측정결과의 분석을 통하여 모든 원자에 원자핵이 존재하고 원자핵의 전하 의 는 원자번호와 같다는 사실을 밝혔다.

 

2. Rutheford Scattering Formula

입자는 공기 중에서 거의 진행하지 못하므로 진공 중에서 실험해야 한다.

` 그림 1 충돌변수가 증가함에 따라 산란각은 감소한다.…(생략)

 

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