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현대물리실험

β-spectroscopy

A. 실험 목적
- 방사성 원소의 붕괴 시 자기장을 걸어주어 방출되는 전자의 개수를 측정한다. 이때 전류의 세기를 조정하여 자기장의 크기를 변화시켜주고 변화된 양에 따라 방출되는 전자의 개수를 측정한다.

B. 실험 이론

음의 베타 붕괴에서는, 다음과 같이 약한 상호작용에 의해 중성자(n0)가 양성자(p+)로 바뀌면서 전자(e-)와 전자 반중성미자(νe)를 방출하게 된다.

기본 입자 수준에서 생각하면, 이러한 현상은 아래 쿼크가 W- 보존을 방출하며 위 쿼크로 바뀌는 과정으로 이해할 수 있다. 여기서 방출된 W- 보존은 곧 붕괴하여 전자와 반중성미자가 된다.
양의 베타 붕괴에서는 양성자가 에너지를 흡수하여, 다음과 같이 중성자로 바뀌면서 양전자(position; e+)와 전자 중성미자(νe)를 방출하게 된다.

에너지 .
역시 기본 입자 수준에서, 이는 위 쿼크가 W+ 보존을 방출하고 아래 쿼크로 바뀌는 과정으로 볼 수 있으며, 방출된 보존은 곧 양전자와 중성미자로 붕괴한다.

음의 베타 붕괴와 다르게, 양의 베타 붕괴는 에너지를 필요로 하므로 (고립된) 양성자에게서 스스로 일어날 수 없다.

전류가 코일에 흐르게 되면 코일에 의해 자기장이 형성되고 형성된 자기장은 전자의 궤도를 변화시킨다. 전류를 변화로 자기장의 세기가 변화되면 전자의 궤도가 변하게 되고 그림과 같은 통로를 통과하는 전자의 개수가 증가하게 된다. 즉 다시말하면 특정한 에너지만을 가진 전
자가 검출된다.

푸아송 분포 : 확률변수 X가 이산형(離散型)으로서 0,1,2,인 자연수만을 취하고 어떤 값 k를 취하는 확률이

일 때 X의 분포를 푸아송분포라 한다. 푸아송분포의 평균값 m과 표준편차 σ는 각각 m＝λ, σ＝√λ가 된다. 이 분포는 교통사고 등과 같이 많은 사회인 속에서 간혹 나타나는 현상이나 어떤 시간 내에 몇 회가 우연히 발생하는 현상, 예컨대 어떤 시간 내에 붕괴하는 방사성원소의 수 등에서 볼 수 있고 이것을 푸아송과정(Poisson`s process)이라 한다. 이 과정은 출생사망의 과정이나 서비스 담당의 문제, 재고관리 문제 등에 응용된다.
C. 실험
1. Sr-90

Sr
magnetic field(mT)
current(A)
평균
Count 1st
count 2nd
count 3rd
표준편차
10
0.04
197.2
198
199
193
3.21455025
20
0.14
295.0
287
302
294
7.5055535
30
0.25
4…(생략)

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