NaI(Tl)單晶γ能譜的測量

1、400V500V550V600Vn b 二Ltnoo10000五.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析第一次實(shí)驗(yàn)：掌握并熟悉NaI (Tl ) 丫譜儀，確定譜儀的工作參數(shù)。1 .預(yù)熱幾分鐘，熟悉多通道脈沖幅度分析器數(shù)據(jù)采集軟件的使用。2 .由于實(shí)驗(yàn)沒有配備示波器，因此無法利用示波器觀察閃爍體探頭輸出信號。3 .本實(shí)驗(yàn)利用放射源137cs通過改變高壓、放大倍數(shù)、道數(shù)等參數(shù)觀察能譜曲線的變化。a)把放射源137cs放在托盤上，調(diào)節(jié)改變電壓分別為 400V, 500V, 550V, 600V,保持測量道數(shù)1024道和放大倍數(shù)4.00m不變，數(shù)據(jù)采集時(shí)間設(shè)為200s,所 得能譜曲線如圖1所示。8000 -70 00 -

2、60 00 -10 0 0 _ 020040060030010001200Channel圖1.不同高壓下對應(yīng)的能譜曲線結(jié)論：由圖1可以看出，隨著電壓的升高，全能峰右移，道址增大，即峰位 E 變大，輸出脈沖幅度增加。全能峰變寬，且其高度降低。1024b)調(diào)節(jié)改變放大倍數(shù)分別為3.00m, 4.00m, 4.50m, 5.00m,保持測量道數(shù)道和電壓5000V不變，數(shù)據(jù)采集時(shí)間設(shè)為200s,所得能譜曲線如圖2所示toaoc -OO3C -d EnunQQ0200400600SOO tOODChannel圖2.不同放大倍數(shù)下對應(yīng)的能譜曲線結(jié)論：由圖2可以看出，隨著電壓的升高，全能峰右移，道址增大，即

3、峰位 E變大，輸出脈沖幅度增加。全能峰變寬，且其高度降低。c）調(diào)節(jié)改變通道數(shù)分別為 256, 512, 1024, 2048, 4096保持放大倍數(shù)4.00m和電壓500V不變，數(shù)據(jù)采集時(shí)間設(shè)為200s,所得能譜曲線如圖3所示。80C07QC0 -6000 -.仰Q J01000圖3.不同放大倍數(shù)下對應(yīng)的能譜曲線ChannM結(jié)論：由圖2可以看出，隨著電壓的升高，全能峰右移，道址增大，即峰位 E變大，輸出脈沖幅度增加。全能峰變寬，且其高度降低。d）把放射源60Co放在托盤上，通過反復(fù)調(diào)節(jié)，最后參數(shù)調(diào)節(jié)為：通道數(shù)1024、放大倍數(shù)4.70m、電壓值525V,數(shù)據(jù)采集時(shí)間設(shè)為200s,所得能譜曲線如

4、圖4所示。03OI OOJChannel圖4.60Co的能譜曲線分析：我們測得的60Co的能譜曲線的兩個(gè)全能峰都能清楚看見，查閱60Co的 衰變綱圖可知兩個(gè)全能峰的能量分別是1.17MeV和1.33MeV,其中1.33MeV的全能峰對應(yīng)道數(shù)905,由計(jì)算1.33MeV/905*1024=1.505MeV,可知整個(gè)能譜 的能量范圍約在01.5MeM誤差分析：由上圖可以看出，能譜曲線并不是平滑的曲線，跳動很大，而他 幾個(gè)小組同學(xué)所作的結(jié)果也是這樣，因此我們認(rèn)為造成曲線不平滑是因?yàn)?60Co放射源本身的原因。e）把放射源137cs放在托盤上，參數(shù)保持不變，所得能譜曲線如圖 5示。20D0 -15M1

5、900 -bOOA0200400 fiCO 80010001500Channel 圖5.的能譜曲線分析：如圖5所示，137Cs的能譜曲線是三個(gè)峰和一個(gè)平臺的連續(xù)分部。參考 137cs的放射源衰變綱圖，峰 A為全能峰，這一幅度的脈沖是 0.662乂3丫的丫 光子與閃爍體發(fā)生光電效應(yīng)而產(chǎn)生的，它直接反映了丫射線的能量；平臺 B 是康普頓效應(yīng)的貢獻(xiàn)，它的特征是散射光子逃逸出晶體后留下的一個(gè)連續(xù)的 電子譜。峰C是反散射峰，當(dāng)丫射線射向閃爍體時(shí)，總有一部分丫射線沒有 被吸收而逃逸出，當(dāng)它與閃爍體周圍的物質(zhì)發(fā)生康普頓散射時(shí)，反散射光子可能進(jìn)入閃爍體發(fā)生光電效應(yīng)，其脈沖就產(chǎn)生反散射峰。第二次實(shí)驗(yàn)：能量刻度、

6、活度測量及未知源的確定4 .能譜數(shù)據(jù)。a）確定實(shí)驗(yàn)條件。把放射源60Co放在托盤上，測量道數(shù)設(shè)置為1024，通過反復(fù)調(diào) 節(jié)，最后參數(shù)設(shè)置為：放大倍數(shù)4.70m、電壓值525V,數(shù)據(jù)采集時(shí)間設(shè)為200s,所得能譜曲線如圖6示，和第一次實(shí)驗(yàn)一樣，兩個(gè)全能峰的能量分別是1.17MeV和1.33MeV,其中1.33MeV的全能峰對應(yīng)道數(shù)905,由計(jì)算1.33MeV/905*1024=1.505MeV,整個(gè)能譜的能量范圍約在0 1.5MeV。符合實(shí)驗(yàn)的要求，所以選擇道數(shù)1024、放大倍數(shù)4.70m、電壓值525V,數(shù)據(jù)采集時(shí)間設(shè) 為200s作為實(shí)驗(yàn)條件。2。-G2CQ 40 Q ecoGhonnnl8Q

7、0 1OO0 120d圖6.確定實(shí)驗(yàn)條件時(shí)60Co的能譜曲線b）保持以上實(shí)驗(yàn)條件不變，測量本底、60Co、137Cs、133Ba、22Na以及未知放射源的能譜。5 .數(shù)據(jù)分析a）本底的能譜曲線。80 -70 -60 -wwnoobase020040060080010001200圖7.本底的能譜曲線Channel2D&400與n 8001000結(jié)論：由上圖可知，本底也會產(chǎn)生計(jì)數(shù)，即本底能譜曲線對各放射源的能譜 曲線有一定的影響，所以在分析各放射源的能譜曲線時(shí)扣除本底的影響， 否 則會引起較大的誤差。b）扣除本底影響后，可得60Co、137Cs、133Ba、22Na的能譜曲線如下列圖所示 查閱已知

8、源的衰變綱圖，根據(jù)測量的能譜曲線確定各峰對應(yīng)的射線能量。I12DD圖8 60Co的能譜曲線Channel20000 -15000 -WEQUnooWOOD -c000200400603 式0 10CD 1200Channell圖9.133Ba的能譜曲線3&70 -0 0.5110MeVnwlmeoG 0 -2034006 OO SOD 10001200Channel圖10.22Na的能譜曲線C）分析各峰的峰參數(shù)，得出得出丫譜儀的能量分辨率，做出能量刻度曲線，分 析其線性。1）由圖8-圖10可得各放射源峰道址和對應(yīng)射線能量如表 1所示;表1放射源峰道址和對應(yīng)射線能量的關(guān)系放射源60Co137cs

9、133cBa22 KiNa道址N821909480257365能量E/MeV1.1731.3330.66170.35600.5110由表1可用origin擬合的E N曲線圖如圖11所示:1.4-2004006008001000Channel圖11.各已知放射源全能峰點(diǎn)E-N線性擬合圖線性擬合出來的結(jié)果為interceptSlopsStatisticsErrorVatueErrorAdj R-3quare日-。,。比390.01747O.OQ14&2.用3叫E-50.99S57所以E和N的關(guān)系為：E=-0.03639+0.00149N此即為能量線性刻度曲線，線性擬合度 R=0.99857,線性度

10、非常接近1,說明這 組數(shù)據(jù)較為合理。2）計(jì)算丫譜儀的能量分辨率因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)放射源137cs的全能峰最為明顯和典型，所以選用其丫射線的能量分辨率來檢驗(yàn)與 比較丫譜儀的能量分辨率。如下圖所示:480455n WCHOO圖12.137Cs的能譜曲線圖由圖12可知，全能峰對應(yīng)的道址為 N=48Q半峰高處對應(yīng)的道址為 N1=501 和N2=455因止匕137cs的全能峰的半寬度為：N N1-N2 501 455 46道由圖11和所得的E N擬合方程E=-0.03639+0.00149N可知，能量E與道址數(shù)N成線性關(guān)系，所以能量分辨率可寫為：Vv所以137cs的能量分辨率為:NCs N46480100% 9.

11、58%誤差分析：137Cs最佳的能量分辨率為7.8%我們所測得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為9.58%,相差較大，由此可知實(shí)驗(yàn)所用的閃爍譜儀能量分辨率不是很好， 譜儀對相鄰脈沖幅 度或能量的分辨本領(lǐng)不很理想。這也有可能是由實(shí)驗(yàn)誤差造成的，比如實(shí)驗(yàn)條件 還不是沒有調(diào)成最佳的，讀數(shù)的誤差等。同理可求出測量其他放射源時(shí)的譜儀分辨率為:表2.測量不同放射源在不同的全能峰時(shí)的譜儀分辨率放射源60Co137cs133Ba22Na能量日MeV1.1731.3330.66170.35600.5110對應(yīng)道數(shù)N1821909480257365半寬度N6950464240能量分辨率8.40%5.50%9.58%16.3%10.9%

12、由上表可知：閃爍譜儀分辨率在測量測量不同放射源在不同的全能峰時(shí)是不同的 當(dāng)全能峰的峰位較大時(shí)，譜儀的分辨率較好。3）計(jì)算當(dāng)前已知源的活度表3已知放射源活度表（測量時(shí)間為1991年7月1日）放射源60Co137cs133cBa22 K| Na活度A0 / kBq71.848.0127.040.2半衰期 / y5.2730.0810.522.60放射性元素按照以下的規(guī)律進(jìn)行衰變:NN0e t其中心表示初始的未發(fā)生衰變的原子數(shù)目，N表示當(dāng)前剩余的未衰變原子數(shù)目，是一個(gè)衰變常數(shù)，對于不同的元素，相應(yīng)的也是不同的。定義N N。/ 2時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間為 ，稱為半衰期，可得出其衰變常數(shù) 人,ln 2/放射源活

13、度A表示單位時(shí)間內(nèi)放射源發(fā)生的衰變次數(shù)，對于一定量的放射 源而言，其總體的活度與其包含的放射性粒子數(shù)目是成正比的，即：A Ae t本次的實(shí)驗(yàn)時(shí)間為2010年12月28日，表3中的放射源活度測試時(shí)間距離 實(shí)驗(yàn)時(shí)的時(shí)間間隔為t=19.49年。由上面幾個(gè)式子可得出當(dāng)前各已知放射源的活 度如表4所?。罕?已知放射源實(shí)驗(yàn)時(shí)活度（2010年12月28日）放射源60Co137cs133Ba22Na活度A0 / kBq71.848.0127.040.2半衰期 / y5.2730.0810.522.60衰變常數(shù)/ y 10.1320.02300.06590.267實(shí)驗(yàn)時(shí)活度A/ kBq5.6430.7035.5

14、00.234)得到探測效率曲線；以137cs的全能峰為例，計(jì)算其探測效率。由圖8137cs的修正能譜曲線圖并結(jié)合其半峰寬的位置可以得出，137cs全能峰 的通道數(shù)范圍為455 501,由于橫坐標(biāo)的每個(gè)間隔為1,所以對這個(gè)范圍內(nèi)的縱坐標(biāo)進(jìn)行求和即可求得全能峰在以通道數(shù)為橫坐標(biāo)下的面積S (E)，即501S(E) count(i) 1046 1111 74073i 455由E-N的線性關(guān)系E=-0.03639+0.00149N可得，實(shí)際的全能峰面積S(E) 0,00149 S (E) 0,00149 74073 110.37已知，測量時(shí)間T=200s,活度A由表4可知A=30.7 ( kBq),分

15、支比b由137cs的衰變綱圖可知b=85.1%故137cs的探測效率為：S(E) 110.37(E)100% 2.11%TAb 200 30.7 85.1%同理可得其他已知放射源各全能峰的探測效率，如表5所示表5譜儀在各放射源峰值處探測效率放射源60c。137cs133Ba22Na能量E/MeV1.1731.3330.66170.35600.5110全能峰面積S(E)17.1010.08110.37255.152.70測量時(shí)間T/s200200200200200活度A/kBq5.645.6430.735.50.232分支比b99.97%99.98%85.1%62.05%99.94%探測效率(E

16、)1.51%0.89%2.11%5.79%5.82%用。rigin作指數(shù)衰減擬合得E曲線如圖13所示0.09 -0.08 -0.07 .0.06 .0.05 -0.04 .0.03 -0.020.010.20.40.60.81.0ExpDecI fit of Data1 BData: Datal BModel: ExpDec1Equation: y = A1*exp(-x/t1) + y0Weighting:No weightingChiA2/DoF=0.00035RA2y0A1t11.2=0.856440.00617土 0.033070.1992 0.147010.41633土 0.4456

17、21.4E/MeV圖13.譜儀的探測頻率曲線可以近似地認(rèn)為譜儀的探測效率曲線為指數(shù)衰減函數(shù):(E)0. 006170. 199 exp(E0.416由擬合關(guān)系可知探測效率隨能量增大以近似的指數(shù)形式衰減。5）根據(jù)能量刻度曲線，計(jì)算未知放射源的射線能量，判斷放射源的種類在相同實(shí)驗(yàn)條件下，測出未知放射源的能譜曲線如圖28所示Unkcwn20 D4JD300Channel圖14.未知放射源的能譜曲線由E-N的線性關(guān)系E=-0.03639+0.00149N可得，圖28標(biāo)識出的全能峰所對應(yīng)的能量為：表6未知放射源各全能峰對應(yīng)的能量N74114169245557677769955E/MeV0.0740.13

18、40.2150.3290.7940.9721.1091.387例如：E (60) =0.02001+0.00154*60=0.112MeV對比152Eu元素的衰變綱圖：Strong Gamma-rays from Decay of EU-152Decay modeHalf-lifeGamma-ray energy (keV)Intensity (%)EC9.3116 H 0.0003963.39011.7+- 1.4EC13.516 Y 0.006121.781728.58+- 0.09EC13.516 Y 0.006244.69757.58+- 0.03EC13.516 Y 0.006443

19、.9652.821+-0.020EC13.516 Y 0.006964.07914.60+- 0.04EC13.516 Y 0.0061112.06913.64+- 0.04EC13.516 Y 0.0061408.00621.00+- 0.06B-13.537 Y 0.006344.278526.5+- 0.6B-13.537 Y 0.006778.904012.94+- 0.15圖29 152Eu的衰變綱圖將圖29中的衰變綱圖與表6中的能量進(jìn)行對比之后，可以確定，該未 知放射源是152Euo6)根據(jù)探測效率曲線，計(jì)算未知放射源的活度實(shí)驗(yàn)中測得的count為探測到的放射線數(shù)M,而實(shí)際放射線數(shù)M0M/而活度AM總/ T ,即探測放射線數(shù)等于實(shí)際放射線數(shù)乘于探測效率，活度等于單位時(shí)間內(nèi)的放射線數(shù)，由此可以用這種方法來計(jì)算152Eu放射源的活度。其中能量線性刻度曲線E=-0.03639+0.00149N,探測效率曲線方程(E) 0.00617 0.199exp( E)0.416 0對 全 部 實(shí) 際 放 射 線 數(shù) M0 進(jìn) 行 求 和 ， 可