[연세대학교 물리학과 물리학실험(B-1)] 2번 실험 결과레포트 (연세대학교 물리학과 전공필수 실험과목)

소개글

연세대학교 물리학과 전공필수 (3학년) 물리학실험(B-1) 결과레포트입니다.
전체 36명의 학생 중 4등의 성적을 받았고 최종 성적은 A0 나왔습니다.
이론, 실험 과정, 실험 결과 및 분석, 실험 데이터와 사진이 모두 포함되어 있습니다.
예비레포트 내용은 본 결과레포트에 모두 포함되어 있습니다.

목차

1. 실험 개요
2. 이론적 배경
3. 실험 장비
4. 실험 과정
5. 실험 결과
6. 실험 결과 및 오차 원인 분석
7. 결론 및 고찰
8. 참고 문헌

본문내용

1. 실험 개요
이번 주제에서는 Cs-137에서 방출되는 662keV -ray를 사용하여 다양한 각도에서 Aluminum scatterer에 의해 산란되는 quanta의 에너지를 측정하고 Compton effect를 확인하는 실험을 진행하였다. 우리는 Cs-137을 사용하여 정해진 채널에서의 N값의 증가를 보이는 전압을 찾을 때까지 Calibration을 진행하였고, 동일한 전압에 대해 Am-241을 사용한 실험도 진행하였다. Calibration을 진행한 후에는 Aluminum scatterer를 방사성 물질 Source와 Detector의 사이에 두고 Source와 Detector 사이의 각도 변화에 따른 에너지의 분포가 어떻게 나타나는지 관찰하였다.

2. 이론적 배경
(1) Compton Scattering
빛의 양자론에 따르면 광자는 정지질량이 없을 뿐 입자와 같은 행동을 한다. 광자와 전자의 충돌을 공들 사이의 충돌처럼 생각해보면 다음 그림과 같다.

< Compton Scattering >

X-ray 광자가 전자와 충돌한 후 광자는 원래 운동하던 방향으로부터 산란되고, 전자는 에너지를 받아서 운동하기 시작한다. 광자는 충돌로 인해 전자가 얻는 운동에너지만큼의 에너지를 잃어버릴 것이라고 생각할 수 있으나, 실제로 충돌 전의 광자와 충돌 후의 광자는 서로 다른 광자이다.
이러한 전자에 의한 광자의 산란을 Compton scattering이라 부른다. 이런 과정에서는 에너지와 운동량이 보존되므로, 산란된 광자의 파장은 입사한 광자의 파장보다 길고, 산란된 광자는 입사한 광자보다 낮은 에너지를 가진다. 입사한 광자의 운동량 벡터와 산란된 광자의 운동량 벡터, 전자의 운동량의 벡터를 나타낸 그림은 다음과 같다.

< 입사한 광자의 운동량 벡터, 산란된 광자의 운동량 벡터, 전자의 운동량 벡터 >

참고 자료

A. Beiser, Concepts of Modern Physics, 6th Edition (McGraw-Hill, New York, 2003)
2번 실험 Manual
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/compeq.html
https://eng.libretexts.org/Core/Materials_Science/Electronic_Properties/Compton_Effect
https://www.klingereducational.com/product/p6-5-6-1-quantitative-observation-of-the-com pton-effect/
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Scintillation_Counter_Schematic.jpg