rutherford-geiger-marsden

Ce a făcut de Rutherford și asistenții săi Geiger și Marsden este poate unul dintre cele mai importante experimente de fizică nucleară.

Experimentele au fost efectuate între 1908 și 1913 de Hans Geiger și Ernest Marsden sub conducerea lui Ernest Rutherford la Laboratoarele fizice ale Universității din Manchester.

În experiment, Rutherford a trimis un fascicul de particule alfa (nuclee de heliu) emise dintr-o sursă radioactivă împotriva unui folie de aur subțire (grosimea de aproximativ 0,0004 mm, corespunzând la aproximativ 1000 de atomi).

Înconjurând folia de aur, a fost plasat un ecran de sulfură de zinc care arăta un mic fulger de lumină atunci când este lovit de o particulă alfa împrăștiată. Ideea a fost de a determina structura atomului și de a înțelege dacă ar fi ceea ce presupunea Thomson (atom fără nucleu, cunoscut și sub numele de model de budincă) sau dacă a existat ceva diferit.

În special, dacă atomul ar avea un nucleu intern separat de electronii externi, atunci ar fi fost capabili să observe evenimente sau particule, cu unghi mare de abatere. Obținute, de fapt, aceste rezultate, fizicianul din Noua Zeelandă a concluzionat că atomul a fost format de o nucleu mic și compact, dar cu densitate mare de încărcare, înconjurat de un nor de electroni.
În imaginea de mai jos este descrisă interacțiunea fasciculului de particule alfa cu nucleele foliei subțiri de aur; se poate vedea cum majoritatea particulelor trec netulburate sau cu unghiuri mici de deviere, prin atomul „gol”, unele particule, însă, trecând aproape de nucleu sunt deviate cu un unghi ridicat sau chiar sări înapoi.

Interacțiunea dintre o particulă alfa și nucleu (coliziune elastică) este, de asemenea, cunoscută sub numele de Răspândirea Coulombului, deoarece interacțiunea în coliziune se datorează forței Coulomb. În diagrama de mai jos este prezentat detaliul interacțiunii dintre o particulă alfa și nucleul unui atom.

Setare experimentala

În „laboratorul” PhysicsOpenLab am încercat să reproducem celebrul experiment Rutherford. Cu echipamentele deja utilizate în spectroscopie alfa am construit o configurare bazată pe un detector alfa solid-state, o sursă de 0,9 μCi Am 241 și o folie de aur ca dispersor. În aceste posturi descriem echipamentul folosit: Spectrometru alfa, Grosimea frunzei de aur .
Scopul principal nu este de a face măsurători de precizie, ci de a face o evaluare calitativă a împrăștierii în funcție de deviere.
Imaginile de mai jos arată configurația experimentală:

Sursa alfa este de fapt de 0,9 μCi de Am 241 (de la detectorul de fum) care emite particule alfa cu o energie de 5,4 MeV. Fasciculul de particule alfa este colimat de o gaură simplă într-un ecran de lemn. Sursa și colimatorul sunt fixate pe un braț liber pentru a se roti în jurul unui pivot, care găzduiește folia de aur care acționează ca un dispersor. Totul este plasat într-o cutie etanșă care acționează ca o cameră de vid cu ajutorul unei pompe de vid rotative obișnuite pentru ulei. Imaginile de mai jos arată „camera de vid” și partea electronică pentru amplificare și achiziție conectată la PC pentru numărarea evenimentelor.

Rezultate

Cu setarea experimentală descrisă mai sus, am efectuat o serie de măsurători. Am ales un timp de măsurare de 10 min = 600 s. Este un interval destul de scurt, în special pentru unghiuri mai înalte care dau câteva evenimente, dar suficient pentru a avea un rezultat de natură calitativă. Cu câteva evenimente, incertitudinea statistică este mare și atunci datele corespunzătoare ar trebui considerate doar ca o indicație calitativă. În plus, a fost plasat un prag de energie minimă de 700 KeV astfel încât să excludă din număr orice evenimente false care pot apărea, dar care rămân de obicei limitate în valorile energetice mai mici de 1 MeV.
Rezultatele obținute sunt prezentate în tabel. Brațul rotativ a fost poziționat la unghiuri diferite, începând de la un unghi nul până la o valoare de 75 °, cu trepte de 15 °. La unghiuri mai mari de 45 ° evenimentele numărate au fost reduse la câteva unități. Pentru aceste unghiuri ar fi necesar să se mărească timpul de măsurare sau să se mărească puterea sursei astfel încât să se obțină un număr mai mare de evenimente și astfel să aibă o semnificație statistică mai mare.
Rezultatele măsurătorilor sunt prezentate în următoarele grafice, într-o scară liniară și într-o scară semi-logaritmică.

Rezultatele obținute în abordarea noastră experimentală, deși cu limitări evidente, la rezultatele teoretice așteptate, reprezentate în următorul grafic:

Pentru completare, raportăm și în partea laterală a formulei care descrie distribuția numărului de particule numărate în funcția unghiului de împrăștiere. Interesant este că acest lucru depinde de puterea celor doi numar atomic a țintei și este invers proporțională cu a patra putere a păcatului (θ/2).

Dacă ți-a plăcut această postare, poți să o distribui pe „social” Facebook, Stare de nervozitate sau LinkedIn cu butoanele de mai jos. În acest fel ne puteți ajuta! Mulțumesc !

Donare

Dacă îți place acest site și dacă vrei să contribui la dezvoltarea activităților poți face o donație, mulțumesc !