γ射線能譜的測量與吸收系數(shù)的測定

1、射線能譜的測量及物質吸收系數(shù)的測定物理082班 葉品昭 08180236【摘要】本實驗是用Nal(Tl) 閃爍譜儀來測量Co和Cs 元素所發(fā)出來射線能譜分布規(guī)律與窄束射線在在Pb、Al中的吸收規(guī)律。通過實驗了解NaI(T )閃爍譜儀原理，特性與結構，掌握NaI(T )閃爍譜儀的使用方法。并通過對射線能譜與物質吸收系數(shù)的測量，加深對射線與物質相互作用的理解以及在現(xiàn)實生活中的一些重要意義?！娟P鍵詞】能譜 射線 閃爍譜儀 吸收系數(shù)【引言】某些物質的原子核能發(fā)生衰變，會放出射線，核輻射主要有、三種射線。射線是由原子核由高能級向低能級躍遷時產生的一種輻射。它是一種波長極短的電磁波，其能量由原子核躍遷前后

2、的能級差來表示即：射線與物質發(fā)生相互作用則產生次級電子或能量較低的 射線，將 射線的次級電子按不同能量分別進行強度測量，從而得到 輻射強度按能量的分布，即為“能譜”。 、三種射線我們可以通過不同的實驗儀器能夠探測到這些肉眼無法看見的射線。同時由于射線與物質相互作用，導致射線通過一定厚度物質后，能量或強度有一定的減弱，稱為物質對射線的吸收。研究物質對射線的吸收規(guī)律，不同物質的吸收性能等，在防護核輻射、核技術應用和材料科學等許多領域都有重要意義。本實驗主要用到了用Nal(Tl) 閃爍譜儀，它的主要優(yōu)點是即能測量各種類型的帶電粒子，又能探測中性粒子，即能測量粒子強度，又能測量粒子能量，并且探測效率高

3、?！菊摹恳?、實驗原理A、射線能譜的測量閃爍能譜儀正是利用光子與閃爍體相互作用時產生次級帶電粒子，進而由次級帶電粒子引起閃爍體發(fā)射熒光光子，通過這些熒光光子的數(shù)目來推出次級帶電粒子的能量，再推出光子的能量，以達到測量射線能譜的目的。閃爍譜儀內部含有閃爍體，而閃爍體在帶電粒子作用下被激發(fā)或電離后，能發(fā)射熒光，可以把射線的能量轉變成光能。射線與物質的相互作用主要是光電效應、康普頓散射和正、負電子對產生這三種過程，光子與物質相遇時，通過與物質原子發(fā)生光電效應、康普頓效應或電子對效應而損失能量，其結果是產生次級帶電粒子，如光電子、反沖電子或正負電子對。次級帶電粒子的能量與入射光子的能量直接相關，因此，

4、可通過測量次級帶電粒子的能量求得光子的能量。閃爍能譜儀可測得能譜的形狀，圖1就是典型的射線能譜圖。圖的縱軸代表單位時間內的脈沖數(shù)目即射線強度，橫軸代表脈沖幅度即反映粒子的能量值。從能譜圖上看，有幾個較為明顯的峰，光電峰，又稱全能峰，其能量就對應射線的能量。實驗過程中要保證最終的峰值與圖中A峰的CH（道數(shù)）盡量的接近，這樣測得的結果才有實驗價值。B、物質吸收系數(shù)的測定本實驗研究的主要是窄束射線在物質中的吸收規(guī)律。所謂窄束射線是指不包括散射成份的射線束，通過吸收片后的光子，僅由未經相互作用或稱為未經碰撞的光子所組成。窄束射線在穿過物質時，由于上述三種效應，其強度就會減弱，這種現(xiàn)象稱為射線的吸收。射

5、線強度隨物質厚度的衰減服從指數(shù)規(guī)律，即其中，I0、I分別是穿過物質前、后的射線強度，x是射線穿過的物質的厚度（單位cm），r是光電、康普頓、電子對三種效應截面之和，N是吸收物質單位體積中的原子數(shù)，是物質的線性吸收系數(shù)（=rN，單位為cm）。顯然的大小反映了物質吸收射線能力的大小。實際工作中常用質量厚度Rm（g/cm2）來表示吸收體厚度，以消除密度的影響。因此上式可表達為 由于在相同的實驗條件下，某一時刻的計數(shù)率N總與該時刻的射線強度I成正比，又對上式取對數(shù)得： 由此可見，如果將吸收曲線在半對數(shù)坐標紙上作圖，將得出一條直線，如右圖所示?？梢詮倪@條直線的斜率求出，即 除吸收系數(shù)外，物質對g射線的吸

6、收能力也經常用“半吸收厚度”表示。所謂“半吸收厚度”就是使入射的g射線強度減弱到一半時的吸收物質的厚度，記作：三實驗裝置實驗器材包括：放射源137Cs和60Co(強度1.5微居里)；200mmAl窗NaI(Tl)閃爍探頭；高壓電源、放大器、多道脈沖幅度分析器。Pb、Al吸收片各4片。四、實驗步驟：A、射線能譜的測量1、取出放射源137Cs和60Co，開機預熱二十分鐘；把放射源137Cs放在先將放射源放入實驗譜儀中適當?shù)奈恢?，調節(jié)放大倍數(shù)為0.3，調節(jié)高壓是譜線中的全能峰盡量靠近160道（60Co為320道）設置采集時間為300s（60Co為500s）。轉動實驗譜儀上的手柄，使閃爍體的位置對準放

7、射源，使射線能夠剛好入射進入閃爍體。2、分別測137Cs的全能譜并分析譜形。利用多道數(shù)據(jù)處理軟件對所測得的譜形進行數(shù)處理，尋峰，半寬度記錄，凈面積記錄，能量刻度，能量分辨率等數(shù)據(jù)。3、改變探測器的位置，重復上述步驟對137Cs進行3次采集。4、把137Cs換成60Co，重復以上步驟；4、在得到的6組能譜中選取137Cs和60Co中最佳的，然后將實驗所得圖像保留并打??；5、關閉RS能偶儀的時候要先把儀器上的調節(jié)開關全部打到0檔，并把數(shù)據(jù)調到0再關閉儀器的電源。B、物質吸收系數(shù)的測定1、打開電源，預熱二十分鐘，調整合適的電壓（700-900V左右）2、取出放射源Cs，放到裝置上去；調整實驗裝置，使

8、放射源、準直孔、閃爍探測器的中心位于一條直線上；3、在閃爍探測器和放射源之間加上4片已知質量厚度的鋁片（2.48cm2+2.45 cm2+2.44g/cm2+2.57g/cm2），進行定時測量（t=300秒）。再逐個減去鋁片，分別測量3，2，1，0塊的鋁片的能譜圖。4、利用多道數(shù)據(jù)處理軟件對所測得的譜形進行數(shù)處理，尋峰，半寬度記錄，凈面積記錄，能量刻度，能量分辨率等數(shù)據(jù)。5、把鋁片換成鉛片（進行定時測量時t=500），重復以上步驟。五、數(shù)據(jù)處理一些必要的數(shù)據(jù)已在實驗步驟中給出A射線能譜的測量利用閃爍譜儀測量137Cs能譜所的的三組數(shù)據(jù)： 組數(shù)123測量時間300300300電壓（V）66366

9、3663道數(shù)161161161計數(shù)率200319972010峰位（chn）161.25161.23161.21半高寬（chn）14.9215.0214.61凈面積734537236673964分辨率9.25%9.32%9.06%計數(shù)490647024689利用閃爍譜儀測量60Co能譜所的的三組數(shù)據(jù)：組別123測量時間500500500電壓（V）663663663道數(shù)314312313計數(shù)率421418422峰位（chn）313.65313.23313.6半高寬（chn）14.4419.3315.76凈面積215426212237分辨率4.60%6.17%5.02%計數(shù)217259257調節(jié)探測

10、器的位置視為了是探測器與放射源的小孔盡量在一條直線上，讓更多的射線進入探測器，以總計數(shù)率最大值來判斷最佳圖像的標準。上面三組中137Cs最大的計數(shù)率為2010，所以137Cs的能譜圖選第3組。60Co最大計數(shù)率為422，所以60Co的能譜圖選第3組。通過對比137Cs和60Co的計數(shù)率，可以知道137Cs的總計數(shù)率的變化值比60Co要大，更明顯，并且通過對比能譜圖，兩者的全能峰的強度相差也較大，可以看出137Cs所發(fā)出的射線的強度比 60Co要大。B物質吸收系數(shù)的測定所用的放射性元素：137Cs，電壓U=663，Al=2.7g/cm3, Pb=11.34g/cm3Al的吸收系數(shù)組別12345質

11、量厚度（g/cm2）02.484.937.379.94計數(shù)率869765709666630峰位（chn）160.71160.51160.55160.46160.47半高寬（chn）15.2614.6714.5914.5814.38凈面積2785323741195931635913379分辨率9.49%9.14%9.09%9.08%8.96%計數(shù)18371634139311821042對上述數(shù)據(jù)進行兩兩分組，這樣可以得到10組數(shù)據(jù)，通過計算可得到10個的值。計算吸收系數(shù)公式為：各組兩兩對應后代入公式的值10.13140.15330.16270.15482/0.17630.17890.16293/

12、0.18150.15634/0.1324平均值=0.1591 cm-1Pb的吸收系數(shù)組別12345質量厚度（g/cm2）02.084.166.268.36計數(shù)率869638527434363峰位（chn）160.71160.45161.02160.65160.9半高寬（chn）15.2615.4114.8414.8414.78凈面積2785323150184101455911578分辨率9.49%9.59%9.22%9.24%9.19%計數(shù)183715511209965828各組兩兩對應后代入公式的值組別234510.93861.14871.17311.08612/1.35871.28981.

13、13503/1.22151.02424/0.8269平均值=1.1203 cm-1六、實驗分析與總結通過本次實驗了解閃爍探測器的結構與原理，了解射線與物質相互作用的特性以及窄束射線在物質中的吸收規(guī)律及測量其在不同物質中的吸收系數(shù)。另外通過這次實驗對核技術有個初步的了解。本次實驗實驗實現(xiàn)了對137Cs和60Co的射線能譜的測量，但所得的實驗結果存在一定的誤差，通過差資料可能原因有：i)、閃爍體由于長期使用性能下降，使有效的閃爍次數(shù)減少；ii)、計數(shù)不夠多，能譜峰值處的橫向座標還不夠穩(wěn)定就讀了數(shù)iii)、調節(jié)放大倍數(shù)的器件本身有儀器誤差。在吸收系數(shù)的測定的實驗中所得的結果與理論值也存在這偏差，可能的原因有：i)、由于每次試驗中探測器與放射源的距離都相等，這樣導致每次試驗過程中探測器與放射源之間的空氣厚度不一樣，由于空氣對涉嫌也具有吸收能力，這樣增加了實驗的誤差；ii)、在試驗中Al片與Pb片的放置