实验原理

天然放射性物质放出α粒子，能量在3—8Mev。在这个能区内它与物质的相互作用主要是与核外电子的相互作用。由于α粒子的质量大于电子的质量，所以它通过吸收体时运动方向基本上不发生偏转，因此它通过物质的射程几乎接近直线。本实验就是要测定α粒子在空气中的射程。

 

实验仪器

α 粒子源，电流表，1000V高压电源，放大器

 

实验方法

我们通过调节空气层的厚度来实验对α粒子射程的测量：α粒子入射后，引起空气电离，产生电子-正离子对，它们分别向两极漂移，形成漂移电流。漂移电流的大小反映了α粒子转移给电子的能量：在空气柱较短时，α粒子损失了很少的能量就被吸收了，所以电流小；当空气柱长度逐渐增加时，α粒子走过的距离增加，产生的电子-正离子对数目增加，电流变大。当空气层的厚度大于等于α粒子的射程时，电流不再增加，达到平区。

我们通过测量I-d曲线，便可以确定α粒子在空气中的射程。

 

对实验结果的理论估计

我们用Am241源，它发出的α粒子的能量约为5.4Mev（用于保护放射源的云母片将吸收一部分能量，我们在后面可以算出起大小），我们可以估计其在空气中所消耗的能量约为3.5Mev.

由图知，射程约为20mm。

 

实验数据和图象

 

实验结果

由图表可知，α 粒子在空气中的射程为21mm，与理论值的误差δ=5%。可见，α 粒子的穿透能力很差，容易被物质吸收。由图知，实验中α粒子在空气柱中消耗能量3.6Mev。故云母片所吸收的能量为5.4-3.6=1.8Mev。

 

对实验结果的讨论

我们注意到当空气厚度d大于α粒子射程R后，实验曲线并不是一个平区，而是I随d增加而减少。我们认为原因有二：

n        电离室的两极电压保持不变，随着d的增大，电场强度就会减弱，电极边缘的电场也减弱，收集率下降。

n        电离室中的电子和阳离子会发生复合，d大于R后，仍增加其值，使复合对实验的影响相对增加，导致此时I随d增加而减小。

 

THANKS！

特别感谢近代物理系孙腊珍老师，宫老师，孙金华老师对我的指导。物理一班其他做本实验的同学的思想给了我深刻的启发。在这里一并向他们表示感谢。