1. α線のエネルギーを測定する
 ・ α線の飛程(飛跡の長さ)を測り、エネルギーを測定する。
白い線で1cm四方の升目を印刷した黒い紙(コピー用紙で可)を霧箱の中に敷き、
目盛りとします。紙は霧箱の底面と密着し空気溜まりができないように注意します。
黒い方眼紙を霧箱の底面に敷く 黒い方眼紙を敷いた状態
飛跡の拡大写真 D型霧箱の場合
α線の飛程を升目の長さから、目視や写真判定で読み取ります。

α線のエネルギーを E(Mev) 、飛程を R(cm) とおくと、4<E<7において
 実験式 R=0.318E3/2  より E=2.146R2/3

RとEの関係を数表にしたものより、Eを求めます。

7.α線のエネルギーを測定する

R (cm) 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6
E (Mev) 3.954 4.059 4.162 4.265 4.366 4.465 4.564 4.662 4.759 4.854 4.949 5.043
R (cm) 3.7 3.8 3.9 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8
E (Mev) 5.136 5.228 5.319 5.41 5.5 5.589 5.677 5.765 5.852 5.939 6.024 6.11
R (cm) 4.9 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6
E (Mev) 6.194 6.278 6.362 6.445 6.527 6.609 6.69 6.771 6.852 6.932 7.011 7.09
2. α線の速度を求める
 ・ α線の飛程 R(cm) からエネルギー E(Mev) を求め、速度 v(m/s) を求める。
E=(1/2)mv2 より、 v=(2E/m)1/2 , α粒子の質量 m=4.0015u

(注:u=原子質量単位 1.661×10-27kg)

としてvを求めます。

(上式は15℃、760mmHgの乾燥空気中の飛程であり、霧箱内での測定値Rとは厳密には条件が異なり、また正確な飛程は3次元で測定すべきですが、本実験ではエネルギーのおよその値を知るものとします。以下、「α線の速度」、「イオン対の総数」についても同様です。)

R(cm) 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6
E(Mev) 3.954 4.059 4.162 4.265 4.366 4.465 4.564 4.662 4.759 4.854 4.949 5.043
V(m/s) 1.38E+07 1.40E+07 1.42E+07 1.43E+07 1.45E+07 1.47E+07 1.48E+07 1.50E+07 1.51E+07 1.53E+07 1.54E+07 1.56E+07
R(cm) 3.7 3.8 3.9 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8
E(Mev) 5.136 5.228 5.319 5.41 5.5 5.589 5.677 5.765 5.852 5.939 6.024 6.11
V(m/s) 1.57E+07 1.59E+07 1.60E+07 1.61E+07 1.63E+07 1.64E+07 1.65E+07 1.67E+07 1.68E+07 1.69E+07 1.70E+07 1.72E+07
R(cm) 4.9 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6
E(Mev) 6.194 6.278 6.362 6.445 6.527 6.609 6.69 6.771 6.852 6.932 7.011 7.09
V(m/s) 1.73E+07 1.74E+07 1.75E+07 1.76E+07 1.77E+07 1.78E+07 1.79E+07 1.81E+07 1.82E+07 1.83E+07 1.84E+07 1.85E+07

α線の速度は光速3.0×108 m/s のおよそ数%程度であることが分かります。

3. α線によるイオン対の数を計算する
 ・ α線の飛程R(cm)からエネルギー E(Mev) を求め、飛程に沿って生じたイオン対の数を計算する。
α粒子が空気中で1個のイオン対を作るのに要する平均電離エネルギー W=35.5eV として、
イオン対の総数 N=E/W を計算します。
R(cm) 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6
E(Mev) 3.954 4.059 4.162 4.265 4.366 4.465 4.564 4.662 4.759 4.854 4.949 5.043
N(個) 111385 114337 117252 120131 122976 125789 128570 131322 134045 136741 139410 142055
R(cm) 3.7 3.8 3.9 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8
E(Mev) 5.136 5.228 5.319 5.41 5.5 5.589 5.677 5.765 5.852 5.939 6.024 6.11
N(個) 144674 147271 149845 152397 154927 157438 159928 162399 164852 167286 169703 172103
R(cm) 4.9 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 6
E(Mev) 6.194 6.278 6.362 6.445 6.527 6.609 6.69 6.771 6.852 6.932 7.011 7.09
N(個) 174487 176854 179205 181541 183863 186169 188462 190740 193006 195258 197497 199723

1個のα線の飛程に沿って、数十万個のイオン対ができていることがわかります。

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