物質(zhì)的衰減系數(shù)測(cè)量報(bào)告

1、物質(zhì)的衰減系數(shù)測(cè)量報(bào)告物質(zhì)的衰減系數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告摘要：物質(zhì)的衰減系數(shù)測(cè)量是一個(gè)常見(jiàn)的物理實(shí)驗(yàn)，在科研和生產(chǎn)過(guò)程中有著重要的 作用。本實(shí)驗(yàn)將通過(guò)應(yīng)用CD-50BGA型CT教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，測(cè)量 y射線能量為0.662MeV時(shí)鋼 的衰減系數(shù)運(yùn)用最小二乘法計(jì)算出y射線的衰減系數(shù)。并了解影響物質(zhì)射線衰減系數(shù)大小的影響因素。關(guān)鍵字：衰減系數(shù)； y 射線； CT ；最小二乘法；引言：物質(zhì)的衰減系數(shù)測(cè)量在科研和生產(chǎn)過(guò)程中有著重要的作用。人們通過(guò)衰減系數(shù)的測(cè)量判別待測(cè)物體內(nèi)部的相關(guān)信息，如物質(zhì)的密度，物質(zhì)內(nèi)部的疏密空間結(jié)構(gòu)，由此也可判 斷物質(zhì)的組成成分。此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用非常重要，也非常廣泛。上學(xué)期我們已經(jīng)初步接觸核物理

2、的相關(guān)內(nèi)容，通過(guò)CT教學(xué)儀和RES-02型相對(duì)論效應(yīng)譜儀做過(guò)初步的小型的核試驗(yàn)，對(duì)物質(zhì)吸收系數(shù)也有過(guò)認(rèn)識(shí)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)將在上個(gè)學(xué)期的基 礎(chǔ)應(yīng)用CD-50BGA型 CT教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，對(duì) y射線的衰減系數(shù)做著重的研究，并形成實(shí)驗(yàn) 結(jié)論，以加深對(duì)核物理基本概念的認(rèn)識(shí)和理解，也進(jìn)一步的熟練實(shí)驗(yàn)操作。實(shí)驗(yàn)理論：衰減系數(shù)光子 y （ y 射線 ） 通過(guò)物體時(shí)會(huì)與一些帶電體發(fā)生相互作用，產(chǎn)生完全吸收、彈性 散射、非彈性散射三種效應(yīng)中的一種。分別表現(xiàn)為光電效應(yīng) 康普頓效應(yīng) 電子對(duì)效應(yīng) 其能產(chǎn)生不同的全能圖譜，宏觀上表現(xiàn)為 y 射線 的吸收。其吸收規(guī)律為I 0I =I 0e-（T r Nx=I 0ex1）其中， cm

3、 ），、丨分別是穿過(guò)物質(zhì)前、后的 Y射線強(qiáng)度，X是丫射線穿過(guò)的物質(zhì)的厚度（單位是 光電、康普頓、電子對(duì)三種效應(yīng)截面之和， N 是吸收物質(zhì)單位體積中的原子數(shù)，（Tr口是物質(zhì)的線性吸收系數(shù)（口 =疔r N ，單位為cm ）。顯然口的大小反映了物質(zhì)吸 收y射線能力的大小，我們成為衰減系數(shù)。 上個(gè)學(xué)期我們?cè)?jīng)運(yùn)動(dòng)這樣一個(gè)式子口 m pln N 2-ln N 1R 2-R1（ 2）初步研究過(guò)衰減系數(shù)。本次實(shí)驗(yàn)我們將運(yùn)用式子（T 丫A ?NA口 =? p或I =I 0e- 口 m p d（ 3）進(jìn)一步研究衰減系數(shù)和物質(zhì)密度的關(guān)系。 1.2 最小二乘法I 0IIn () =& d由 可知，物質(zhì)的厚度

4、 d 與 ln (I 0I) 成線性關(guān)系，其系數(shù)為該物質(zhì)的衰減系數(shù)。如果通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得射線穿過(guò)不同厚度的物質(zhì)之后的強(qiáng)度變化數(shù)據(jù)(I i ，d i ，i=0 ，1, 2, 3, 4, 5,其中，i=1時(shí)，d=0, I i = I 0),根據(jù)式(6),可按最小二乘法作直線擬合，直線的斜率即該物質(zhì)的衰減系數(shù)。最小二乘法擬合的原來(lái)是：若能找到最佳的擬 合曲線,那么該擬合曲線與各測(cè)量值之間的偏差的平方和,在所有擬合曲線中應(yīng)最小。現(xiàn)假設(shè)( d, In (I 0I) )存在線性關(guān)系,其函數(shù)關(guān)系為： In (I 0I) =k d 。由實(shí)驗(yàn)測(cè)量得出一組數(shù)據(jù)( I i , d i , i=0 , 1 , 2, 3,

5、 4, 5,)因?yàn)闇y(cè)量總會(huì)有誤差,所以 I i , d i 都有誤差,但是, d i 的誤差小的多,為了討論方便,我們認(rèn)為 d i 是準(zhǔn)確的,而所 有誤差都只與 I 有關(guān)。根據(jù)最小二乘法原理,有偏差平方和為最小,即：551 =0V2i =0lnI 0I i-k d i （4）2上式兩邊對(duì) k 求偏導(dǎo)為零 , 即：5即：2 刀Ini =0I 0I i-k d i ?d =0 （ 5）5d i In5I 0I i2k =i =0i（6）d iK 為各個(gè)物質(zhì)的衰減系數(shù)：口 =k=I 0e實(shí)驗(yàn)儀器：CD-50BGA型CT教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀實(shí)驗(yàn)中所采用的儀器為 CD-50BGA型 CT教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，是簡(jiǎn)單化的工業(yè)

6、 CT。其硬件部 分主要由兩部門組成。一是機(jī)械部分及放射源、探測(cè)器部分。這部分包括：放射源室及其 屏蔽準(zhǔn)直部分，探測(cè)器及其屏蔽準(zhǔn)直部分，樣品盒，帶動(dòng)樣品運(yùn)動(dòng)的三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，步進(jìn) 電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器等。二是電路部分。這部分主要包括五部分：電源、信號(hào)采集、信號(hào)轉(zhuǎn)換、 步進(jìn)電機(jī)控制電路以及計(jì)算機(jī)接口卡。軟件部分主要包括數(shù)據(jù)采集，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制， 圖像重建，圖象的數(shù)字化處理。實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)中所采用的實(shí)驗(yàn)儀器有 CD-50BGA型 CT教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀、鋼質(zhì)臺(tái)階型測(cè)試試件、打 印機(jī)等。放射源采用原子高科股份有限公司 2019年2月出廠的銫 -137. 下面講述具體實(shí) 驗(yàn)步驟：1) 打開(kāi)CD-50BGA型 CT

7、教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀電源，使實(shí)驗(yàn)儀預(yù)熱半小時(shí)，同時(shí)打開(kāi)計(jì)算機(jī)。2) 預(yù)熱完成后，將鋼質(zhì)臺(tái)階型測(cè)試試件側(cè)方擺放在實(shí)驗(yàn)儀的平臺(tái)上。打開(kāi)軟件，檢驗(yàn)試 驗(yàn)儀的機(jī)械運(yùn)動(dòng)性能。操作向右、向右運(yùn)動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)，確保實(shí)驗(yàn)儀平臺(tái)處在正常平順的 工作狀態(tài)。3) 調(diào)整平臺(tái)高度，使實(shí)驗(yàn)儀的激光束打在鋼質(zhì)臺(tái)階型測(cè)試試件中間高度左右處。4)確保肢體部位沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)放射源口，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)鑰匙，打開(kāi)放射源。5) 設(shè)置掃描參量，啟動(dòng)掃描。6) 重復(fù)掃描 4 次，掃描完成后立即關(guān)閉放射源。 7) 現(xiàn)場(chǎng)處理數(shù)據(jù)8) 關(guān)閉所有實(shí)驗(yàn)儀器，并做整理。 9) 離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室后必須洗手實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：上表是為了說(shuō)明衰減系數(shù)和 d 的關(guān)系實(shí)驗(yàn)結(jié)論通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我不僅鞏固了放射

8、源的開(kāi)關(guān)、 CT 試驗(yàn)儀的使用。同時(shí)了解了物質(zhì)衰減和物質(zhì)吸收的區(qū)別并在實(shí)驗(yàn)中互相組合，從而測(cè)量y射線能量為0.662MeV時(shí)剛的衰減系數(shù)。通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和處理過(guò)的數(shù)據(jù)，可以得到衰減系數(shù)為 0.05520408 。分析圖像和原始數(shù) 據(jù)，得到以下結(jié)論。圖像兩端峰位最高，是因?yàn)樯渚€經(jīng)過(guò)空氣，幾乎不衰減，曲線整體走 勢(shì)由最高到最低再一臺(tái)階一臺(tái)階的上升到最高，當(dāng)然走勢(shì)正好相反也是可以的，這取決于 臺(tái)階型試件的擺放。根據(jù) Ip d，兩邊取對(duì)數(shù)，可以得到一條含 d的衰減系數(shù)的表達(dá)式，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中，列明 ln I0/I 和 d 的比值，可發(fā)現(xiàn)，除厚度 d 較小時(shí)，衰減系數(shù)相差較大外，厚度較大時(shí)，衰減系數(shù)和厚度的關(guān)系不明顯。不過(guò)有一 點(diǎn)可以很明確，厚度越大，射線衰減的也發(fā)厲害。綜合本次實(shí)驗(yàn)和以往的核物理實(shí)驗(yàn)，我 認(rèn)為 r 射線的衰減系數(shù)和物質(zhì)、射線能量有關(guān)。同時(shí)實(shí)驗(yàn)最后林老師對(duì)我們的提問(wèn)大大啟發(fā)了我。在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，不僅僅是為了得 到一個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或是實(shí)驗(yàn)結(jié)論，更重要的是要一邊做一邊思考，為什么要這樣做，為什么 不那樣做。我們現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)還處于一個(gè)定性的階段，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確并無(wú)大礙，要緊的是 實(shí)驗(yàn)思考的過(guò)程。實(shí)驗(yàn)后我還懂得對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)原理的理解不能只敷衍與表面，要深入探究。對(duì)于 不理解的知識(shí)要提前查資料弄明白。本次實(shí)驗(yàn)我受益匪淺，相信必定在