콤프턴 효과

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콤프턴 효과에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 목적

2. 이론

3. 실험장치

4. 실험방법.

5. 결과

6. 논의및결론

본문내용

트
1) 실험 Setup
-실험 테이블에 angular scale과 polar coordinates가 그려져 있는 실험 패널을 설치한다.
-실험 패널에 표시된 부분에 납으로 차폐된 검출기 홀더를 놓는다.
-섬광계수기를 검출기 외부 기구에 끼우고 그것을 납으로 차폐된 검출기 홀더에 뒤로부터 삽입한다.
-collimator가 있는 sample holder를 실험 패널 0°의 위치에 놓는다.
-MCA CASSY를 MS-DOS커넥터를 PC의 flat line과 연결한다.
-검출기 외부 기구의 BNC 케이블을 MCA CASSY의 외부 센서 소켓에 연결한다.
-검출기 외부 기구의 고전압 케이블을 1.5keV의 고전압 Power supply에 연결한다.
-검출기 외부 기구의 6-pole 신호선을 MCA CASSY의 “Pre-amplifier” 입력단에 연결한다.
-MCA CASSY의 스위치를 켜서 증폭기 단을 작동하도록 한다.
2) 섬광계수기의 교정
-MCA 프로그램을 실행한다.
-메인 메뉴에서 다음과 같이 setting한다.
Resolution = 256 channels
Meas. time = 180s
-전처리된 α, β, γ 혼합물을 collimator가 있는 sample holder에 삽입한다.
-F9를 눌러 측정 스크린에서 측정을 시작한다.
-고전압 power supply의 전압을 채널 150근처의 662keV선이(Cs-137) 위치할 때까지 천천히 올린다.
3)γ스펙트럼을 기록
-전처리된 Cs-137을 sample holder에 삽입한다.
-알루미늄 산란체를 가져다 놓는다. 측정시간을 180초로 올리고 γ를 측정한다.
-sample holder를 θ=10°의 위치에 놓는다.
-방사선 물질과 검출기 사이의 직경로에 추가적인 차폐를 놓는다.
-측정된 값을 지우고 다시 γ스펙트럼을 측정한다.
-알루미늄 산란체를 제거하고 두 번째 γ스펙트럼을 측정한다.
-메인 메뉴에서 “Graphical evaluation"으로 변환하고 그래픽 커서를 켠다.
-subtraction mode를 켜고 spectrum2에서 spectrum1을 뺀다.
-에너지 E의 최대 peak값을 찾고 그 값을 적는다.
-θ를 15°씩 증가시켜 가면서 에너지를 측정한다.
5. 실험 결과
각도(θ˚)
이론값
실험값
0˚
665.0
665.3
5˚
661.7
10˚
652.1
15˚
636.8
20˚
616.6
25˚
592.7
30˚
566.3
547.8
35˚
538.3
40˚
509.8
45˚
481.5
448.7
50˚
454.0
55˚
427.7
60˚
402.9
65˚
379.7
70˚
358.3
75˚
338.5
309.2
80˚
320.5
85˚
304.0
90˚
289.0
272.5
1) 0˚ 일 때
2) 30˚ 일 때
3) 45˚ 일 때
4) 75˚ 일 때
6) 90˚ 일 때
7)산란에너지 이론값과 실험값 비교
547.8
665.3
448.7
309.2
272.5
8) 에너지 그래프
0˚ =>=665.3 665.3
30˚=>=547.8 479
45˚=>=448.7 356.9
75˚=>=309.2 213.5
90˚=>=272.5 177.7
6.논의 및 결론
Photo-electric effect와 함께 빛의 이중성과 양자론의 발판이 된 Compton effect를 재현해 보는 실험이다. 교정된 섬광계수관으로 세슘 137의 에너지 662keV 선을 측정하고, 방사선 원천과 검출기 사이의 다양한 각에 대해 알루미늄에서 산란된 γ양자를 측정한다. 그 후 산란되어진 γ양자의 에너지 E를 결정하여 Compton effect를 검증하는 실험이다.
Compton effect에서 광자는 에너지 E로 일부 변환되고 전자에 탄성충돌에서 그 에너지의 운동량으로 변환된다.
c : Velocity of light in vacuum
산란된 광자의 에너지 이론값은
위의 식에 의해 결정 되는데, 이를 이용하여 이론값을 계산하고 측정값과 비교하여 결과 7)의 그래프를 나타냈는데 오차를 계산해본 결과
θ
E(θ) 이론값 (keV)
E(θ) 측정값 (keV)
오차
(%)
0°
665
665.3
0.04
30°
566.3
547.8
3.27
45°
481.5
448.7
6.81
75°
338.5
309.2
8.66
90°
289
272.5
5.71
측정 정확도 내에서 측정된 값은 이론적으로 예상했던 값과 10%이내의 오차를 보이면서 일치했다.
하지만 15˚, 60˚ 는 알루미늄 봉을 이용해 실험 시 있을때 와 없을때 시간을 다르게 두고 실험하여 실험 값이 제대로 나오지 않았다.
오차의 원인은 실험에서 우리가 원하는 situation은 hole로부터 나온 γ-ray가 brick과 충돌 후, detector에 들어가는 것이다. 그러나 이 때 항상 이런 path를 갖는 다고 말할 수 없다. 하다못해, block을 뚫을 가능성도 있다. 이 때, brick과 충돌하지 않고 바로 detector로 들어간 ray는 물론 γ와 같은 파장을 갖겠지만, 그 외에 다른 peak가 생기게도 한다.
두 번째는 붕괴가 일어나는 방사능 물질에도 이상이 있을 수 있다. Am같은 경우 brick과 충돌시키지 않고, 바로 detector로 입사 시켰을 때에도 뚜렷한 peak를 만들지 않았다. 그러나 방사능 물질에 대한 정확한 문제는 알지 못했다.
세 번째는 γray가 충돌하게 되는 원통형 막대의 표면의 거침 정도이다. 사실 우리가 생각하는 원통막대는 그 표면이 아주 매끄러워서 입사하는 ray가 모두 같은 방향으로 반사되는 경우이다. 그러나 그 표면의 거침정도에 따라 난반사가 생길 수 있게 된다. 이렇게 생긴 난반사는 반사된 γray를 detector로 보낼 수 없다.
네 번째는 험을 진행하는 과정의 데이터 처리에서, 프로그램 자체의 차폐를 설치했을 때와 하지 않았을 때의 스펙트럼을 차감해주는 기능을 사용하지 않고, 두 개의 그래프를 직접 겹쳐서 peak를 찾았기 때문에, 오차가 발생하였을 수도 있다.
위의 결과가 전자의 γ양자의 Compton scattering이 두 물체의 탄성충돌로 설명되는 것을 증명한다.

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홀효과,   밀리컨 기름방울 ,   비파괴 C스캔