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9.방사선 측정 결과

결과 레포트금요일 오전 9:00응용물리학과제출일자: 5월 22일1. 실험제목: 방사선 측정 실험2. 실험목표:가이어 관을 통해 동작전압을 구하고, 이를 이용하여 방사선을 측정하여 본다.방사능의 특성을 이해한다.3. 실험방법●장비 세팅은 가이어 관을 나타 낸 것이다. 가이어 관 내부에 의 방사성 물질을 넣고 차폐 시킨 뒤, 단위시간당 발생한 방사능 붕괴 횟수 베크렐(Bq)를 측정한다.위 과 같이 만들어 주고 가이어관을 전원 공급 장치에 연결한다. 그 뒤 컴퓨터와 연결을 시키고 Voltage, step voltage, time, Elapsed time등을 입력하고 방사능 붕괴 횟수 Count를 측정하게 된다.●실험 방법실험 A. Ploting a GM Plateau (동작 전압 구하기)위 과 같이 장비를 세팅한다.step voltage를 20V로 하고 high voltage를 700V으로 설정한다.계수시간을 30초로 설정한다.시작버튼을 누르고 각 Voltage당 Count를 기록하여 그래프화 시킨다.그래프 정체기의 25%인 부분을 찾는다. 정체기의 25%가 되는 voltage가 동작전압이 된다.실험 B. Statistics of Countingstep voltage를 unable 상태로 설정하고 위에서 구한 동작전압으로 voltage를 고정시킨다.과 마찬가지로 방사성 물질을 가이거 관에 넣고 차폐시킨다.Elapsed time을 1로 설정하고 Run number를 300으로 설정한다.(1초에 1번씩, 300번을 측정한다.)단위시간당 방사능 붕괴횟수 Count를 측정한다.모집군(단위시간당 방사능 붕괴횟수)을 x축, 횟수를 y축으로 하여 그래프를 그리고 평균과 편차를 구한다.4. 실험 결과실험 A. Ploting a GM Plateau (동작 전압 구하기)(1) 자연광선정체기 시작 전압: 760V정체기 끝 전압: 1180V적정전압: 865V(2) Po-210정체기 시작 전압: 760V정체기 끝 전압: 1140V적정전압: 855V(3) Co-60정체기 시작 전압: 760V정체기 끝 전압: 1180V적정전압: 865V(4) Cs-137정체기 시작 전압: 790V정체기 끝 전압: 1180V적정전압: 887.5V실험 B. Statistics of Counting(1) Po-210평균 값: 1.380 [Bq]=3.730 TIMES 10 ^{-11} [Ci]편차: 1.187이론값: 0.1μ [Ci]오차율: 99.96%( 1 [Ci]= 3.70 TIMES 10 ^{10} [Bq] )(2) Co-60평균 값: 51.89 [Bq]=1.403 TIMES 10 ^{-9} [Ci]편차: 6.883이론값: 0.1μ [Ci]오차율: 98.59%( 1 [Ci]= 3.70 TIMES 10 ^{10} [Bq] )(3) Cs-137평균 값: 488.01 [Bq]=1.319 TIMES 10 ^{-8} [Ci]편차: 14.173이론값: 0.1μ [Ci]오차율: 86.81%( 1 [Ci]= 3.70 TIMES 10 ^{10} [Bq] )5. 분석 및 토의이번 실험은 가이어 관을 통해 방사성 물질의 방사능 붕괴 횟수를 측정하는 실험이었다. 방사능 물질이란, 매우 불안정한 원소를 말한다. 우리가 실험에서 사용한 원소는 Po-210(폴로늄), Co-60(코발트), Cs-60(세슘)이다. 본래 폴로늄은 209의 원자량, 코발트는 59, 세슘은 132의 원자량을 가지고 있다. 우리가 실험용으로 쓰인 방사성 물질은 본래 물질에 비해 중성자의 개수가 더 많이 들어 있는 원소이다. 그렇기에 매우 불안한 구조이고 방사성 물질을 방출하려는 성질을 갖고 있다.Po-210은 138 days의 반감기, Po-60은 5.27 year의 반감기, Cs-137은 30.1 year의 반감기를 갖고 있다. 그리고 아래 과 같이 Alpha, Beta, Gamma 입자를 방출하게 된다. 은 우리가 사용한 방사성 물질에 대한 정보이다.위 그림을 보면 우리가 사용한 시료 중 Po-210이 가장 반감기가 짧고 Cs-137이 가장 긴 반감기를 가지고 있다는 것을 알 수 있다. 반감기가 길수록 안정한 물질이다. 그러므로 Cs-137은 Po-210에 비해 매우 안정한 물질이라는 것을 알 수 있다.첫 번째 실험은 가이어 관의 동작 전압을 찾는 실험이다. 가이어 관의 원리는 내부 기체가 방사성 입자에 의해 이온화가 되고 관 내부에 전압을 걸어주게 되면 전류가 흐르게 된다. 전류는 단위시간당 흐르는 전하의 양이므로 전류를 알면 방사성 물질의 붕괴 횟수를 알 수 있게 된다.전압을 700V에서 서서히 증가시키게 되면 다음 와 같은 형태가 나타나게 된다. 문턱전압부터 Count가 증가하게 되며 어느 순간 정체기가 나타나게 된다. 정체기가 지나가게 되면 전리지역이 나타나 Count가 다시 급속도로 증가하게 된다.정체기가 나타나는 이유는 방사능 입자에 의해 이온화된 기체가 전기장에 의해 모두 움직이기 때문이다. 예를 들어 방사성 입자에 의해 이온화된 원자가 100개 있다고 가정해보자. 전압이 700V일 경우는 10의 원자만이 전기장에 의해 움직이게 되고 전압을 증가시키면 점점 더 많은 원자가 이동하게 될 것이다. 그러다가 100의 원자를 모두 움직이게 하는 전압이 정체기 시작 전압이 되는 것이다. 계속해서 전압을 증가시키면 그 이후에는 전리지역이 나타나게 되고 다시 전류가 급격하게 증가하게 된다. 그 이유는 전기장이 너무 강해서 가이어 관 내부의 기체가 이온화되었기 때문이다. 이때부터는 정확한 Count를 측정할 수 없게 된다. 적정전압을 정체기의 25%로 하는 이유는 방사성 입자에 의해 이온화된 모든 입자가 전류를 흐르게 하며, 입자가 전기장에 의해 이온화 되지 않는 전압에 거의 유사하기 때문이다.우리는 자연광선부터 4개의 방사성물질을 이용하여 적정전압을 측정하여 보았다. 자연광선 Po-210자연광선과 Po-210의 경우는 정체기에 큰 노이즈가 발생하였다. 사실상 정체기라고 보기 힘들 것이다. 그 이유는 방사성 입자의 개수가 매우 적기 때문일 것이다. 모집군이 너무 적기에 큰 오차가 발생하게 된 것이다. Po-210의 반감기는 약 136일이다. 하지만 우리가 사용한 방사선원의 제조일이 2009년이므로 너무 많은 시간이 지났다고 판단하였다. 그렇기에 Po-210의 방사성 입자의 개수가 적게 나오는 것이다.가이어 관의 동작전압은 항상 일정할 것이다. Co-60의 경우가 가장 이상적인 그래프에 가까웠음으로 Co-60을 이용해 이때 구한 적정전압 865V를 이용하여 실험B의 평균값과 편차를 구하게 되었다. Co-60두 번째 실험은 위에서 구한 적정전압으로 고정 시킨 뒤, 단위시간당 발생한 Count를 통계적으로 분석해보는 실험이었다. 단위 시간당 붕괴횟수를 베크렐(Bq)이라고 부르고 1 [Ci]= 3.70 TIMES 10 ^{10} [Bq]으로 큐리[Ci]를 구하여 이론값과 비교해 보았다.

자연과학| 2016.11.10| 7페이지| 1,000원| 조회(201)

결과레포트, 방사선 측정, 응용물리학과

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8. Lab view 예비

예비 레포트금요일 오전 9:00응용물리학과제출일자: 5월 8일1. 실험제목: Lab view2. 실험목표: Lab view 프로그램을 이해한다. 그 뒤 온습도 센서 모듈을 통해 아날로그 신호(온도와 습도)를 받아 데이터 수집 디바이스로 넘겨주고 이를 이용한 실 습을 진행한다.3. 실험이론(1)CHIPCAP-R/Module(온습도 센서 모듈)동시에 상대습도와 온도를 측정 및 출력할 수 있는 기기이다. 우선 모듈이란 프로그램을 내부적으로 하나의 종합된 동작을 하도록 작은 부분으로 분할한 것을 모듈이라 한다.즉, 온습도 모듈이란 온도와 습도만을 동작하게 만든 작은 디지털 기기를 의미하는 것이 된다.모듈의 장점으로는 최소한의 핀 4개만을 사용하고 설계계가 단순해 양산과 전개에 용이하다. 그리고 부품에 문제가 발생할 경우 쉽게 교체할 수 있다.우리가 이번 실험에 사용하는CHIPCAP-R/Module 온습도 모듈은 과 같이 4개의 핀을 가지고 있다. 그리고 다음과 같은 정밀도를 가지고 있다.정밀도: 상대습도(±2%), 온도(±0.6 CENTIGRADE )를 가지고 있다.-50~150CENTIGRADE 의 온도와 0~100%RH의 습도를 측정할 수 있다.는 온습도 센서 모듈의 회로도이다. J1-1에는 5V의 공급전압을 주게 된다. J1-2GND는 Ground의 약자이다. 즉 J1-2와 연결된 신호는 접지 신호임을 알 수 있게 된다.J1-3은 습도(RH)의 신호를 보내는 output pin이고 J1-4은 온도(T)의 신호를 보내는 output pin이다. 습도에 관한 정보를 얻고 싶다면 J1-3와 데이터 수집 디바이스를 연결하게 될 것이고 온도에 관한 정보를 얻고 싶다면 J1-4와 데이터 수집 디바이스를 연결하게 될 것이다. 두 핀을 동시에 사용하여 온도와 습도의 정보를 동시에 사용하는 것도 가능하다.J1-2를 통해 접지 시키는 이유는 신호의 전위를 알기 위해서 이다.다음 회로도는 Analog to Digital conv erter를 나타낸 것이다. 말 그래도 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸어 주는 장치를 말한다. 그 뒤 encoder를 통해 입력선의 개수를 줄이게 된다. 예를 들어 1024개의 신호가 converter에 들어오게 된다면 이는 10개의 output으로 바꿀 수 있게 된다. 디지털 신호의 경우는 0과 1만을 사용하는 2진법이기 때문에 10개의 선 (10bits)으로 2 ^{10} =1024가지의 신호를 만들 수 있기 때문이다. 여기서 AA symble이 A/D- converter의 역할을 하는 것이다.이와 같이 Encoder를 사용하는 이유는 회로를 훨씬 단순화 시킬 수 있기 때문이다. 만약 기기의 오류가 발생하게 된다면 1024개의 선을 체크하는 것이 아니라 10개의 선만을 check하여 오류를 수정할 수 있기 때문이다.이렇게 아날로그 신호를 A/D converter로 바꾸어준 뒤 다시 컴퓨터로 입력이 들어갈 때는 와 같이 D/A converter를 이용하게 된다.D/A converter에 들어간 input은 encoder과 반대인 decoder를 통해 다시 원상 복구된 디지털 신호가 들어가게 된다. D/A converter을 통과해 만들어진 아날로그 신호를 통해 처음 A/D converter로 들어간 아날로그 입력에 대한 출력을 하게 된다.(2) Lab ViewC/C++, C#, Java가 텍스트 기반의 언어라면 Labview는 그래픽 기반의 G언어라고 할 수 있다. 우선 Labview를 시작하기 위해서는 데이터 수집을 해야 한다. 데이터 수집 시스템은 간단히 DAQ 시스템으로도 불리어진다. DAQ는 Data AcQuisition의 약자이다. 데이터 수집 시스템을 이해하기 위해서는 다음과 먼저 센서에 대해 알아야 한다. 와 같이 센서랑 물리적인 현상을 전기적 신호로 변환해주는 부품이나 기구를 뜻한다. 예를 들면 온도 센서는 온도가 변하는 물리적인 현사을 전압의 변화로 변환해준다.즉, 센서는 위에서 언급한A/D converter 와 같다고 볼 수 있다.여기서 우리가 사용할 센서는 데이터 수집 디바이스 (모델명: NI USB-6211) 이라고 한다.마지막으로 센서로부터 출력되는 신호를 데이터 수집 디바이스를 통해 컴퓨터로 수집했다면, 이 신호를 분석할 수 있는 소프트웨어가 필요할 것이다. 예를 들어 화재경보시스템을 만들기 위해서는 온도센서의 신호를 컴퓨터로 수집하여 기준 온도 보다 크면 경보를 울려주는 프로그램을 컴퓨터에 작성해야 할 것이다. 이러한 프로그램을 작성하기 위해서 컴퓨터에 LabVIEW 소프트웨어를 설치해야 한다. 마찬가지로 이 과정은 위에서 설명한 의 D/A converter을 설명한 것이다.데이터 수집 디바이스 NI USB-6211는 USB 케이블을 통해 컴퓨터와 연결된다. 이 USB 케이블을 통해 신호가 입력 및 출력될 뿐만 아니라 데이터 수집 디바이스에 5V 전원도 공급이 된다. 결과적으로 컴퓨터의 접지와 데이터의 수집 디바이스의 접지가 아래 처럼 이루어지게 된다.데이터 수집 디바이스를 이용하여 아날로그 신호를 수집할 경우, 신호의 종류가 접지신호인지 부동신호인지 확인해야한다.의 (a)의 신호원는 (-)극이 접지와 연결되어 있으며 이와 반대로 (b)의 신호원은 (-)극이 접지와 연결되어 있지 않다. 온도 센서, 조도 센서등과 같은 센서가 부동 신호원에 해당하며 신호원의 9_0극 단자와 (+)극 단자의 전압 차이가 센서의 신호가 된다. 데이터 수집 디바이스를 이용하여 이 전압 차이를 측정해야 한다.이렇게 신호의 종류에 따라 데이터 수집 디바이스의 측정모드를 다르게 설정해야 정확한 신호 수집이 가능하게 된다.● MAX 프로그램 (Measurement & Automation Explorer)데이터 수집 디바이스 드라이버를 설치하면 MAX 프로그램도 동시에 컴퓨터에 설치된다. MAX는 데이터 수집 관련 하드웨어와 소프트웨어를 다양한 방법으로 지원하는 역할을 한다. 이번 실습에서 MAX프로그램을 이용하여 다양한 소프트웨어를 만들 것이다. ( 그림 8은 MAX의 아이콘, 그림 9는 MAX의 초기화면을 나타낸 것)4. 실험 방법 온도 센서로부터 온도를 측정하고 온도가 50도 이상이면 프런트 패널에 있는 LED가 켜지고 50도 이하이면 LED가 꺼지는 화재 경보 시스템 구성하기.①과 같이 센서의 4번 핀에서 측정된 온도에 비례하는 전압이 출력되므로, 온도 전압 출력핀인 센서 4번 핀과 데이터 수집 디바이스의 AI0 채널을 연결한다. 그리고 차동 모드이므로 디바이스의 AI8 채널과 신호원의 (-)극에 해당하는 센서 2번핀과 연결한다.② 위의 실험이론의 처럼 랩뷰 시작화면에서 [새 VI]를 클릭하여 새로운 프런트패 널과 블록다이어그램을 연다.③과 같이 블록다이어그램에서함수 → 측정 I/O → DAQmx-데이터수집팔레트를 연다.④ [DAQmx-데이터수집] 팔레트에 있는 함수들을 이용하여 프로그램을 블록다이어그램에 작성한다. 다음으로 [물리적채널생성] 함수의 [물리적채널 입력단에 마우스 우측 버튼을 클릭하여 물리적 채널 컨트롤을 생성하고, 채널을 [Dev1/ai0]으로 설정한다.⑤ [함수 → 프로그래밍 →구조] 팔레트를 열고, [While 루프]를 블록다이어그램에 과 같이 추가하고 정지버튼도 추가한다.⑥컨트롤 패널에서 [컨트롤 → 익스프레스 → 숫자형 인데케이터]를 연 후, [온도계] 인디케이터를 와 같이 추가한다.위 에서 [DAQmx읽기] 함수의 데이터 출력단에서는 디바이스의 ai0번 채널로 입력된 전압이 출력된다. 이 전압을 온도로 환산해주어야 하는데 환산식은 온습도센서 모듈의 데이터시트에서 확인할 수 있으며 다음과 같다.T= {V _{4} -0.1V _{c}} over {0.8V _{c}} TIMES 200-50(T는 환산된 섭씨온도도, V _{4}는 센서 4번 핀 출력전압, V _{c}는 센서 전원전압이다.)⑦수식노드의 좌측 수직 경계를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하여 입력변수를 추가하는 방법에 의해, 두 개의 입력변수(V _{c`} ,`V _{4})를 과 같이 추가하고 와이어링 한다.⑧ 마찬가지 방법으로 수식 노드의 우측 경계에 출력변수 T를 그림 2.24과 같이 추가한 후 와이어링 한다. 그 뒤, 온도계 인디케이터를 우 클릭하여 [디지털 디스플레이를 추가하면 온도계 눈금을 디지털 값으로 확인이 가능하다.⑨ 다음으로 온도가 50도 이상이면 LED가 켜지는 프로그래밍을 작성해보자. 프런트 패널에 LED를 추가하고 라벨을 ‘경보 LED'로 수정한다. 그리고 온도가 50도 이상이면 LED가 켜지고 이하이면 꺼지는 프로그램을 작성한다. 프로그램이 정상 작동하는지 확인해보기 위해 블록다이어그램에 있는 기준 온도 값 50 대신에 -10을 입력했을 때 LED가 켜지는지 확인해본다.

자연과학| 2016.11.10| 9페이지| 1,000원| 조회(187)

lab view, 예비 레포트, 방사선 측정

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방사선 측정 예비

예비 레포트금요일 오전 9:00응용물리학과제출일자: 5월 15일1. 실험제목: 방사선 측정 실험2. 실험목표: α, β, γ선 등 방사선의 특징을 이해하고 가이어 관을 통해 동작전압을 구한 뒤 계수기를 통해 가이어 관에서 입력되는 펄스(count)를 측정한다.3. 실험이론(1) 방사선(radiation)원자핵은 양성자와 중성자로 이루어져 있다. 양성자와 중성자가 결합하여 원자핵을 형성할 때는 양성자와 중성자의 비율에 의해 안정한 원자핵이 만들어지기도 하고 불안정한 원자핵이 만들어지기도 한다. 불안정한 원자핵은 양성자 두 개와 중성자 두 개로 이루어진 알파입자, 전자, 전자기파인 감마선, X선, 중성자 등을 내놓고 안정한 원자핵으로 바뀐다. 어떤 원자핵이 다른 원자핵으로 바뀔 때 내놓는 알파선, 전자, 감마선, X선, 중성자를 방사선이라고 한다. 방사선은 원자핵 주위를 돌고 있는 전자가 내놓는 전자기파보다 에너지가 크기 때문에 훨씬 더 위험하다.을 통해 예를 들어보면, 초기 원자핵은 불안정한 상태였을 것이다. 이러한 핵이 안정한 상태가 되기 위해 알파입자를 방출하게 된다. 이러한 반응을 알파붕괴라고 하고 이때 방사선인 알파선을 방출하게 되는 것이다.원자핵의 불안정한 정도에 따라 방사성 붕괴에 걸리는 시간이 다르다. 어떤 양의 방사성 원소가 붕괴하여 반이 남는 데 걸리는 시간을 반감기라고 한다. 반감기가 짧을수록 더 불안정한 원자핵이다. 원자력 발전의 연료로 사용되는 우라늄235의 반감기는 약 7억 년이고, 연료로 사용하지 않는 우라늄238의 반감기는 약 46억 년이다. 이런 원자핵들은 매우 안정한 편이어서 쉽게 붕괴되지 않는다.하지만 우라늄238과 같이 안정한 원자핵에 인공적으로 중성자를 넣어주게 된다면 양성자와 중성자의 비율이 달라지기에 불안정한 정도가 커지게 된다. 이렇게 해서 분열될 때 나오는 분열생성물들은 대부분 매우 불안정안 방사성 원소들이다. 이런 방사성 원소들은 안정한 원소가 될 때까지 여러 번의 붕괴과정을 거친다. 이 과정에서 나오는 중간 생성물들도 모두 방사성을 가지고 있는 불안정한 원자핵들이다. 핵분열 과정에서 생성되는 방사성 물질은 200여 종이나 된다.이런 방사성 원소들이 붕괴할 때는 항상 방사선이 나온다. 방사선은 큰 에너지를 가지고 있어 인체에 큰 영향을 줄 수 있다. 따라서 방사선의 세기를 측정하여 인체의 유해 정도를 알아보는 것은 매우 중요한 문제가 되었다. 방사선의 세기를 측정하는 가장 오래된 방법은 1초에 몇 번의 방사성 붕괴가 일어나느냐를 측정하는 것이다. 1초에 한 번의 방사성 붕괴가 일어나는 경우, 즉 1초에 하나의 방사선이 일어나는 방사능의 세기를 1베크렐(Bq)이라고 한다. 베크렐은 너무 작은 값이어서 실제로는3.7×1010Bq를 나타내는 큐리(Ci)라는 단위를 많이 사용한다.우리가 이번 실험에서 사용할 값은 시간당 방사능 붕괴 횟수이므로 큐리(Ci)를 사용하게 될 것이다.(2) 가이거 계수기가이거 관은 1928년 독일의 가이거(Geiger)와 뮐러(M ller)가 고안한 방전관으로서 α, β, γ선을 측정할 수 있는 장치이다. 이를 가이거-뮐러 관, 혹은 가이거 관, GM 관이라 한다. 그림 1에 나타나 있는 것처럼 원통에 기체를 넣어 두고 음극과 양극을 통하여 고전압을 건다. 원통의 바닥에 있는 얇은 절연체 창을 통하여 방사선이 들어오면 기체가 이온화되어 순간적으로 방전되어 전류가 통한다. 이 전류를 증폭하여 신호가 들어오는 개수를 세거나 스피커를 연결하여 '틱'하는 소리를 듣게 한다. 이 펄스의 발생은 양단에 걸어주는 전압의 크기에 민감하게 변하는데, 이 특성을 나타내는 그래프를 정체기 곡선(plateau curve)이라 한다. 보통 상업적인 용도의 가이거 관의 경우에는 이 특성 그래프를 미리 조사하여 작동전압을 표기해 두고 있다. 그러나 보통 가이거 관들은 특성이 각각 조금씩 차이가 있고 고전압의 전원공급장치도 표시 전압에 오차가 있기 때문에, 측정을 할 때마다 특성곡선을 그려서 적정의 동작전압을 구한다.은 가이어 관의 외관 모습과 회로도를 나타낸 것이다. 방사성 물질이 이 관안에 들어가서 관 내부 기체와 충돌을 하게 되고, 기체가 이온화 하게 된다. 이온화 한 기체는 전류가 통하게 되므로 회로내 전류가 흐르게 되는 것이다.4. 실험 방법●장비(가운데 있는 물체A는 계수기와 전원을 일체형으로 만든 장치, 제일 우측에 있는 장치B는 가이거 관, 물체 C 는 방사선원이다.)●실험 방법실험 A. Ploting a GM Plateau① 전원의 전압조절 스위치를 가장 낮은 곳에 맞춘 후, 전원스위치를 켜고 약 3분정도 기다 린다.② -선 동위원소를 시료 받침대의 두번째 선반에 놓는다.③ 계수량을 0으로 리셋시키고 계수시간을 1~5분으로 맞춘다.

자연과학| 2016.11.10| 4페이지| 1,000원| 조회(159)

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$5. Electron Beam Diffraction 결과$

5. Electron Beam Diffraction 결과 평가A+최고예요

결과 레포트금요일 오전 9:00응용물리학과제출일자: 4월 17일1. 실험제목: Electron Beam Diffraction(전자의 회절)2. 실험목적: 특정 결정에 전자빔을 쏘였을 때 입자인 전자가 회절 되는 현상을 관찰한다. 이를 이용하여 전자의 물질파 파장, 결정의 격자상수를 구해본다.3. 실험과정●장비 설치왼쪽에 있는 voltage supply는 전자의 가속전압을 조절해주는 장치이고, 오른쪽에 있는 voltage supply는 필라멘트의 heating voltage를 조절하는 장치이다. 가운데 있는 장치는 diffraction tube이다.다음과 같이 실험 장비를 설치한다. 우선 오른쪽에 있는 voltage supply를 이용하여 F _{1`} ,`F _{2}에 heating voltage 6.3V를 걸어준다. 그 뒤 왼쪽의 voltage supply를 이용하여 diffraction tube 의 anode와 cathod에 양극, 음극의 전압을 걸어준다. 그리고 focussing electrode에 cathod 전하를 주어 전자들이 흑연으로 모아져 들어갈 수 있도록 해준다.focussing electrode에 전압을 연결하지 않게 된다면, 모든 전자들이 흑연결정으로 들어가지 않기 때문에 왼쪽 사진 2 와 같이 회절이 이러나지 않게 된다.마지막으로 anode극을 접지시켜주고 멀티미터를 이용해 전압을 측정한다.※ 한쪽 극을 접지시키는 이유전위차는 도선 양단에 걸리는 전압의 차이를 나타내는 값이다. 하지만 한쪽도선에 걸리는 전압을 알 수 없다. 접지를 통해 한쪽을 0으로 만들어 기준점을 잡을 때 도선에 흐르는 전압을 측정할 수 있데 된다.●실험 과정① 위 과 같이 장비를 세팅한다.② 가속 전압을 0V부터 서서히 증가시킨다.③ 멀티미터를 이용하여 가해준 voltage supply에 값과 멀티미터의 값이 같은지 확인해본다.④ 약 2.0kV부터 회절무늬가 관찰이 되는데 이때부터 0.5kV단위로 회절무늬의 반경을 측정한다.4. 실험결과(1) 버니어켈리퍼스 이용가속전압[V]파장[m]반지름 1[mm] (D _{2})반지름 2[mm] (D _{3})20002.742`TIMES 10 ^{-11}30.4556.7025002.452TIMES 10 ^{-11}29.2651.8330002.2391TIMES 10 ^{-11}26.1348.2535002.072TIMES 10 ^{-11}25.7344.6940001.939TIMES 10 ^{-11}21.7941.6945001.828TIMES 10 ^{-11}19.8533.97lambda = {h} over {p} = {h} over {sqrt {2meU}}식 이용하여 파장을 구한다.(h=6.626 TIMES 10 ^{-34} [J BULLET s], m=9.11 TIMES 10 ^{-31} [kg], e=1.602 TIMES 10 ^{-19} [C], U:가속전압)가속전압[V]격자간격 1[m] (d _{2})격자간격 2[m] (d _{3})20001.216 TIMES 10 ^{-10}6.529 TIMES 10 ^{-11}25001.132 TIMES 10 ^{-10}6.389 TIMES 10 ^{-11}30001.157 TIMES 10 ^{-10}6.265 TIMES 10 ^{-11}35001.088 TIMES 10 ^{-10}6.262 TIMES 10 ^{-11}40001.201 TIMES 10 ^{-10}6.279 TIMES 10 ^{-11}45001.243TIMES 10 ^{-10}7.265 TIMES 10 ^{-11}평균1.173 TIMES 10 ^{-10}6.498 TIMES 10 ^{-11}실험값: d _{2} =1.173 TIMES 10 ^{-10}이론값: d _{2} =1.230 TIMES 10 ^{-10}오차: 4.88%실험값: d _{3:`} 6.498 TIMES 10 ^{-11}이론값: d _{3} =7.099 TIMES 10 ^{-11}오차: 9.24%(2) 이미지 J 이용①2000V의 가속전압(x축 길이[mm], y축 빛의 세기)2000V원의 반지름 43.86mm (=스크린 반지름)가장 바깥 원을 스크린이라고 하고, 원의 가장 왼쪽부분을 0으로 기준 잡았을 경우r _{a} =17.04`mm, r _{b} =29.38mm격자간격d _{1} =2.173 TIMES 10 ^{-10} m 오차: 1.96%d _{2} =1.260 TIMES 10 ^{-10} m 오차: 2.38%②2500V의 가속전압(x축 길이[mm], y축 빛의 세기)2500V원의 반지름 43.86mm (=스크린 반지름)가장 바깥 원을 스크린이라고 하고, 원의 가장 왼쪽부분을 0으로 기준 잡았을 경우r _{a} =17.28`mm, r _{b} =29.74mm격자간격d _{1} =1.916 TIMES 10 ^{-10} m 오차: 11.16%d _{2} =1.113 TIMES 10 ^{-10} m 오차: 10.47%③3000V의 가속전압(x축 길이[mm], y축 빛의 세기)3000V원의 반지름 43.86mm (=스크린 반지름)가장 바깥 원을 스크린이라고 하고, 원의 가장 왼쪽부분을 0으로 기준 잡았을 경우r _{a} =16.60`mm, r _{b} =28.90mm격자간격d _{1} =1.821 TIMES 10 ^{-10} m 오차: 16.97%d _{2} =1.045 TIMES 10 ^{-10} m 오차: 17.60%④3500V 가속전압(x축 길이[mm], y축 빛의 세기)3500V원의 반지름 43.86mm (=스크린 반지름)가장 바깥 원을 스크린이라고 하고, 원의 가장 왼쪽부분을 0으로 기준 잡았을 경우r _{a} =14.05mm, r _{b} =23.46mm격자간격d _{1} =1.992 TIMES 10 ^{-10} m 오차: 6.94%d _{2} =1.144 TIMES 10 ^{-10} m 오차: 7.55%⑤4000V의 가속전압(x축 길이[mm], y축 빛의 세기)4000V원의 반지름 43.86mm (=스크린 반지름)가장 바깥 원을 스크린이라고 하고, 원의 가장 왼쪽부분을 0으로 기준 잡았을 경우r _{a} =12.46mm, r _{b} =22.83mm격자간격d _{1} =2.101 TIMES 10 ^{-10} m 오차: 1.38%d _{2} =1.147 TIMES 10 ^{-10} m 오차: 7.27%⑥4500V으 가속전압(x축 길이[mm], y축 빛의 세기)4500V원의 반지름 43.86mm (=스크린 반지름)가장 바깥 원을 스크린이라고 하고, 원의 가장 왼쪽부분을 0으로 기준 잡았을 경우r _{a} =11.16mm, r _{b} =22.10mm격자간격d _{1} =2.212 TIMES 10 ^{-10} m 오차: 3.69%d _{2} =1.117 TIMES 10 ^{-10} m 오차: 10.14%(3) 격자간격 d _{3} 구하기(d _{1} -d _{2} ) ^{2} =(d _{2} ^{} ) ^{2} +(d _{3} ) ^{2}(d _{1} ) ^{2} -2d _{1} d _{3} -(d _{2} ) ^{2} =0d _{3} = {(d _{1} ) ^{2} -(d _{2} ) ^{2}} over {2d _{1}} = {(2.13 TIMES 10 ^{-10} ) ^{2} -(1.23 TIMES 10 ^{-10} ) ^{2}} over {2(2.13 TIMES 10 ^{-10} )} =7.10 TIMES 10 ^{-11}[m](이론값 d _{1} =2.13 TIMES 10 ^{-10}[m], d _{2} =1.23 TIMES 10 ^{-10}[m] 이용)5. 분석 및 토의이번 실험은 특정물질에 전자빔을 쏘았을 때, 호이겐스 원리에 의해 나타나는 회절무늬를 이용하여 물질의 격자상수를 구하는 실험이다. 위 처럼 물질들이 규칙적인 배열로 존재한다면 여러 개의 일정한 격자간격이 존재 할 것이다.물질 안에 여러 가지 격자상수가 존재하기 때문에 여러 개의 회절 무늬가 발생할 것이다. 격자간격이 작을수록 회절이 더 잘 일어나기 때문에 의 경우를 보면 반지름 측정값이 D _{1}보다 D _{2}의 격자간격이 작다는 것을 알 수 있다.우선 우리는 버니어켈리퍼스를 이용해서 스크린에 비추어진 반지름을 직접 측정하였다.오른쪽에 있는 은 가속전압이 3.5kV일 때 스크린에 비추어진 회절무늬이다. 눈으로 관측을 하였을 때 3개의 원형 고리가 관측이 된다.하지만 가장 안쪽에 있는 고리는 원의 중심이 너무 밝아서 눈으로 정확한 측정이 어려웠기에 우선 그 다음에 있는 고리 2개의 반지름을 측정하였다.격자의 간격을 구하기 위해서는 Bragg condition ( 2dsin theta =n lambda )을 이용한다.tan2 theta = {D} over {2L} APPROX sin2 theta 가 되므로 Bragg 조건을 이용하면 위상차가 파장하나 난다고 가정하면(n=1)lambda =d {D} over {2L} 식을 만족하게 된다.여기서 d가 격자 상수가 된다. (D: 회절 무늬의 반지름[m], L: 스크린 까지 거리 135mm)다시 한 번 정리하면 다음과 같은 식을 구할 수 있다.d= lambda {2L} over {D}즉, 우리는 회절무늬의 지름만 알면 물질의 격자상수를 구할 수 있다.스크린에 비춰진 원형 고리들 중 반지름의 길이가 작은 것부터 D _{1} ,`D _{2} ,`D _{3} 라고 할 경우D _{2} =1.173 TIMES 10 ^{-10}, D _{3} =6.498 TIMES 10 ^{-11} 가 측정되었다. d= lambda {2L} over {D} 식을 이용하게 되면, 격자간격 d _{2} =1.173 TIMES 10 ^{-10}, d _{3:`} 6.498 TIMES 10 ^{-11} 으로 측정이 되었고 각각의 오차로는 4.88%, 9.24%가 발생하게 되었다.가장 큰 오차의 원인으로는 반지름을 버니어켈리퍼스로 측정을 하였기 때문일 것이다. 스크린이 둥글기 때문에 측정 시 많은 어려움이 있었다.최대한 오차를 줄이기 위해 우리는 와 같이 바닥에 평행한 물체를 위치 시킨 뒤 그 위에 버니어캘리퍼스를 올려놓고 측정을 하였다.

자연과학| 2016.11.10| 9페이지| 1,000원| 조회(127)

전자회절, 전자의 회절, 결과 레포트, 응용물리학과, 결정의 격자상수

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6. Atomic Spectra 결과

결과 레포트금요일 오전 9:00응용물리학과제출일자: 5월 1일1. 실험제목: Atomic Spectra(원자분광 실험)2. 실험목적: 원자가 높은 궤도에서 낮은 궤도로 이동할 때 에너지가 빛으로 발생한다. 이때 빛을 회절 시켜 선 스팩트럼을 만들고3. 실험과정●장비 설치(사진1의 제일 왼쪽부터 Light source(나트륨), Collimating slit, Collimating Lens, Diffraction Grating, Focusing Lens, Light sensor이다.)우선 과 같이 장비를 세팅한다. 광원에서 발생한 빛은 Collimating slit을 통과하여 가늘고 수직인 빛이 만들어 진다. 그 뒤, Collimating Lens를 통과하게 되는데 Collimating Lens의 역할은 빛을 평행하게 만들어 주는 것이다. 을 보면 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 평행하게 진행하는 빛들은 Diffraction Grating으로 들어가 회절이 일어나게 된다. 이때 회절간격은 Collimating Slit에 비해 매우 작으므로 처음보다 훨씬 더 큰 각도로 회절이 일어나게 된다. 마지막으로 Focusing Lens를 통과하여 빛이 한 점으로 모이도록 해준다. 이렇게 한 점으로 모인 빛은 Light sensor로 들어가게 된다. Collimating slit의 간격과 Focus Lens의 거리를 조절하여 빛이 Sensor위치에 정확히 모일 수 있도록 조절하여 주어야 한다.는 Diffraction Grating이다. 이 유리에는 수많은 Line이 있어 격자를 만들어 준다. 나트륨 빔을 이용해 격자간격을 구해야하나 이론값을 찾아본 결과 위 Diffraction Grating은 600line/mm인 것을 알 수 있었다. 즉, 격자간격 d=(0.001)/600m 일 것이다.●실험 과정① 위 과 같이 장비를 세팅한다.② 나트륨 관에 전원을 연결하고 빛이 Collimating slit을 통과해 Sensor로 들어가도록 한다.③ 빛이 회절 하는 각도를 데이터스튜디오를 이용해 측정한다.④ 나트륨의 파장 589.3nm를 이용해 Diffraction Grating의 회절격자의 선 간격을 측정한다.⑤ 수소와 중수소 빔으로 교체한 뒤 위와 마찬가지고 회절각도를 측정한다.⑥ 회절 각도를 이용해 수소와 중수소의 파장을 구한다.4. 실험 결과(1)회절격자의 선 간격 측정 (나트륨(Na) 램프 사용)위 세 그래프는 나트륨 회절 각도를 측정한 것. 1차 실험 peak point 각도측정-16.22DEG4.42DEG21.07DEG각도차이20.62DEG16.65DEG기준점에서부터 그다음 스펙트럼이 나오는 각도의 평균(20.62DEG +16.65DEG )/ 2 =18.64DEGdsin theta =n lambda => d= lambda /sin theta (n=1, 나트륨의 파장 lambda =589.3nm)d= {589.3 TIMES 10 ^{-9}} over {sin(18.46 DEG )} =1.749 TIMES 10 ^{-6} [m]2차 실험 peak point 각도측정-17.84DEG4.86DEG22.14DEG각도차이22.70DEG17.28DEG기준점에서부터 그다음 스펙트럼이 나오는 각도의 평균(22.70DEG +17.28DEG )/ 2 =19.99DEGdsin theta =n lambda => d= lambda /sin theta (n=1, 나트륨의 파장 lambda =589.3nm)d= {589.3 TIMES 10 ^{-9}} over {sin(19.99 DEG )} =1.723 TIMES 10 ^{-6} [m]3차 실험 peak point 각도측정-18.58DEG5.08DEG22.48DEG각도차이23.66DEG17.40DEG기준점에서부터 그다음 스펙트럼이 나오는 각도의 평균(23.66DEG +17.40DEG )/ 2 =20.53DEGdsin theta =n lambda => d= lambda /sin theta (n=1, 나트륨의 파장 lambda =589.3nm)d= {589.3 TIMES 10 ^{-9}} over {sin(20.53 DEG )} =1.680 TIMES 10 ^{-6} [m]세 실험값의 평균d=(1.749 TIMES 10 ^{-6} +1.723 TIMES 10 ^{-6} +1.630 TIMES 10 ^{-6} )/3=1.749 TIMES 10 ^{-6} [m]600line/mm Diffraction Grating 의 회절격자d=0.001/600=1.667 TIMES 10 ^{-6} [m]오차: (1.749 TIMES 10 ^{-6} -1.667 TIMES 10 ^{-6} )/1.667 TIMES 10 ^{-6} =0.04954.95%(2)수소의 스펙트럼위 그래프는 수소의 회절 각도를 측정한 것. 1차 peak point 각도측정-20.70DEG-2.29DEG15.25DEG각도차이18.41DEG17.54DEG기준점에서부터 그다음 스펙트럼이 나오는 각도의 평균(18.41DEG +17.54DEG )/ 2 =17.98DEG2차 peak point 각도측정-15.78DEG-1.11DEG17.56DEG각도차이14.67DEG18.68DEG기준점에서부터 그다음 스펙트럼이 나오는 각도의 평균(14.67DEG +18.68DEG )/ 2 =16.68DEG두 실험값 평균theta =(17.98DEG +16.68DEG ) / 2 = 17.33DEGdsin theta =n lambda 사용 (d=1.749 TIMES 10 ^{-6} [m], n=1)lambda =dsin(17.33 DEG )=1.749 TIMES 10 ^{-6} TIMES 0.298=520.8nm(3)중수소의 스펙트럼위 그래프는 중수소의 회절 각도를 측정한 것. peak point 각도측정-19.10DEG-0.567DEG17.79DEG각도차이18.53DEG18.36DEG중수소의 경우 스펙트럼이 다음과 같이 퍼져서 나타나게 되어 스펙트럼의 중간 위치를 각도로 측정하였다.기준점에서부터 그다음 스펙트럼이 나오는 각도의 평균(18.53DEG +18.36DEG )/ 2 =18.45DEGdsin theta =n lambda 사용 (d=1.749 TIMES 10 ^{-6} [m], theta =18.45 DEG `, n=1)lambda =dsin(18.45 DEG )=1.749 TIMES 10 ^{-6} TIMES 0.316=553.3nm(4)OSA(Optical Spectrum Analyser)를 이용해 수소와 중수소 파장 구하기수소수소의 파장=656.140nm실험을 통해 측정된 파장lambda =520.8nm오차율lambda = {656.14-520.8} over {656.14} TIMES 100=20.62%중수소중수소의 파장=657.000nm실험을 통해 측정된 파장lambda =553.3nm오차율lambda = {657.0-553.3} over {657.0} TIMES 100=19.76%5. 분석 및 토의이번 실험은 광원으로부터 발생한 빛의 회절 각도를 이용하여 파장을 구하는 실험 이였다.모든 빛들은 자기 자신만의 고유한 파장을 가지고 있다. 그렇기 때문에 Bragg's condition dsin theta =n lambda 를 통해 모두 다른 각도로 회절하게 된다.우리는 가장 밝은 빛을 기준으로 좌우에 발생하는 스펙트럼의 각도를 측정하였다. 가장 밝은 빛은 n=0일 때이므로 0도일 때, 즉, 회절하지 않은 상태를 의미한다. 그 좌우 발생하는 빛은 파장의 1배 보강간섭을 하는 파장일 것이다. 그러므로 n=1이라 설정하고 파장을 측정하였다.우선 처음으로 Diffraction Grating의 회절선 간격을 나트륨(Na) 램프를 이용해 측정하였다.매뉴얼에 주어진 나트륨의 파장은 lambda =589.3nm이다.d= {lambda } over {sin theta } = {589.3 TIMES 10 ^{-9}} over {sin theta }식을 통해 회절선 간격을 구하였다. 3차례의 실험을 하게 되었고 평균은 다음과 같이 측정되었다. d=(1.749 TIMES 10 ^{-6} +1.723 TIMES 10 ^{-6} +1.630 TIMES 10 ^{-6} )/3=1.749 TIMES 10 ^{-6} [m]PASCO에서 제공하는 Diffraction Grating는 80line/mm, 100line/mm, 300line/mm, 600line/mm 4종류가 있었는데 그중 우리가 사용하는 것이 600line/mm라는 것을 알게 되었다. 600line/mm란 1mm안에 600개의 회절선이 있다는 것을 의미하므로d=0.001/600=1.667 TIMES 10 ^{-6} [m] 라는 이론값을 얻게 되었고 우리가 구한 실험값과 비교해본 결과 4.95%의 오차가 발생하였다.두 번째 실험은 위에서 구한 회절선 간격을 이용해 수소와 중수소의 파장을 구하는 실험이였다. 실험결과 수소의 평균 회절 각도는 17.33DEG 가 나오게 되었고 중수소의 경우는 18.45DEG 가 측정이 되었다. Bragg's condition을 이용하여 파장을 구한 결과, 수소의 경우 lambda =520.8nm, 중수소의 경우 lambda =553.3nm가 측정되었다.세 번째 실험 OSA (Optical Spectrum Analyser)를 이용하여 위에서 구한 수소와 중수소의 파장을 확인해보았다. 그 결과 다음과 같이 측정이 되었다.

자연과학| 2016.11.10| 8페이지| 1,500원| 조회(235)

Atomic Spectra, 결과 레포트, 원자분광, 응용물리학과, 원자분광 실..

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