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相对论验证实验β粒子双峰图分析 陈梓 0519090 引言 相对论验证实验 以快速电子即β粒子作为实验对象，验证其动量与能量满足线性关系以验证相对论及其推论的正确性。 问题 第一峰是什么？ 实验数据一 实验数据二 实验数据处理 实验现象小结 无电子入射时，第一峰增长缓慢。 第一峰电子数目的增加与第二峰电子数目的增加在N1、N2相对较小时，即是第二封道址较高，能量较高时，近似成正比例关系。 第一峰道址不随出射电子能量改变而改变。 初步推断 可以推测第一峰由某种射线产生，不一定是电子流。 实验测得第一峰道数约为第二峰的10到20分之一，由定标曲线可知第一峰对应能量与第二峰对应能量比值也接近这个范围。实验中由第二峰确定β粒子能量在104-105eV级上，因而第一峰能量量级为keV，推测第一峰可能为X射线产生。 X射线成因分析 已知带电离子以接近光速飞行时，受到磁场作用发生偏转，沿轨道切线方向会发生同步辐射，放出电磁波。同步辐射具有从远红外到X光范围内的连续光谱。 同步辐射能量与电子能量的四次方成正比，因此随电子动能变化，同步辐射能量变化，对应峰道址也应变化，这与实验结果矛盾，因此第一峰并非同步辐射峰。X射线应来源于电子与探测器闪烁体靶碰撞。 X射线性质 X射线性质与实验结果对比 之一 由第一峰恒定位置推测 第一峰的位置并不随运动电子能量改变，这说明若此峰由x射线产生，x射线能量不随入射电子能量改变。已知X射线的特征能谱线只与靶材料有关，与入射电子的能量无关，可以推断此峰主要为x射线特征辐射所致。 进一步，若完全由x射线特征辐射产生，第一峰宽度会相当窄，但实验测得第一峰明显具有一定的宽度，因此除特征辐射外，还出现了能产生连续谱线的韧致辐射。 X射线性质与实验结果对比 之二 计数比例关系的解释 发生碰撞的电子数目增加的越快（同时间内第二峰越高），不但韧致辐射强度增大，发生跃迁的电子数目增加的也会越快，导致特征辐射也增强，因此第一峰与第二峰高度在一定能量范围内成近似正比关系。 电子能量较低时，虽然仍旧存在韧致辐射，但特征辐射的缺乏导致x射线总能量较低，第一峰与第二峰高比例出现大幅下降 X射线性质与实验结果对比 之三 无电子入射时图像推测 没有电子入射时，第一峰的增长缓慢，这是因为没有电子入射时，没有入射电子与探测器发生碰撞，因此不产生X射线，此时第一峰的增长可能是由于环境或仪器噪声等引起的。 结论 推测双峰图第一峰由x射线产生，满足实验事实。 * * 曲线中纵坐标为粒子数，横坐标为能谱仪道数，道数和能量之间的关系可由两个已知的放射源Co(60)和Cs(137)来标定。由于道数和能量之间近似成正比例关系，所以能量可以通过道数获得。 x射线两种产生方法： 运动电子与靶核相碰撞，发生骤然减速时，产生韧致辐射，辐射强度反比于入射带电粒子质量的平方，正比于靶核电荷的平方。 快速电子撞击到原子内层电子时，内层电子离开原来的壳层，跃迁到最外层或电离，完全脱离该原子，成为自由电子，并在该壳层上留下一个空穴，原子外层的电子从激发态上退激到这个空穴上，以保持整个原子的能量处于较低的水平。电子的退激要放射能量，这能量就以X光光子的形式释放出去，产生X射线，称为特征辐射。 *