γ射線的吸收與物質(zhì)吸收系數(shù)的測(cè)定

1、請(qǐng)下載支持！菜連輻螞勘箴膂材料物理08-1XX同組者：XXX芮蒙嵋袈羋董黃指導(dǎo)老師：XXX實(shí)驗(yàn)日期：2010年04月11號(hào)蝕薄芨筮裙®噩實(shí)驗(yàn)9-3丫射線的吸收與物質(zhì)吸收系數(shù)的測(cè)定蒙薄膀蔗肅藏膈測(cè)量物質(zhì)對(duì)丫射線的吸收規(guī)律，不僅有助于了解丫射線與物質(zhì)的相互作用機(jī)理，而且，作為一種重要的實(shí)驗(yàn)方法，在許多科學(xué)領(lǐng)域都發(fā)揮著巨大的作用。例如，為了有效地屏蔽丫輻射，需要根據(jù)物質(zhì)對(duì)丫射線的吸收規(guī)律來選擇合適的材料及厚度，反之，利用物質(zhì)對(duì)丫射線的吸收規(guī)律可以進(jìn)行探傷及測(cè)厚等。肆肇袁袂贛范賺【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹口M劉箍曹膀奠薄1、進(jìn)一步認(rèn)識(shí)T射線與物質(zhì)相互作用的規(guī)律。褻襖蛔踴建蔻薇2、測(cè)量不同能量的窄束丫射線在不

2、同物質(zhì)中的吸收系數(shù)。螞滕初蒲黃肇聿【實(shí)驗(yàn)原理】蝸獸®莆第簿丫射線與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，主要有三種效應(yīng)：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)。對(duì)于低能丫射線，與物質(zhì)的作用以光電效應(yīng)為主，如果丫射線能量接近1MeV,康普效效應(yīng)將占主導(dǎo)地位，而當(dāng)丫射線能量超過1.02MeV時(shí)，就有可能產(chǎn)生電子對(duì)效應(yīng)。蠅節(jié)&i融奚薄裊準(zhǔn)直成平行束的丫射線，通常稱為窄束丫射線。單能的窄束丫射線在穿過物質(zhì)時(shí)，由于上述三種效應(yīng)，其強(qiáng)度會(huì)減弱，這種現(xiàn)象稱為丫射線的吸收。丫射線強(qiáng)度的衰減服從指數(shù)規(guī)律，即I0erNxI 0e9-3-1 )黃帔蠅躺題蝸其中I。和I分別是穿過吸收物質(zhì)前、后的丫射線強(qiáng)度，x是丫射線穿過吸收物

3、質(zhì)的厚度（單位為cm）,br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)單位體積中原子數(shù)，科是吸收物質(zhì)的線性吸收系數(shù)（r N ,單位為cm -1）。顯然;1的大小反映了吸收物質(zhì)吸收丫射線能力的大小。芾鼎蛔裊蟄節(jié)需要注意的是，由于丫射線與吸收物質(zhì)相互作用的三種效應(yīng)的截面都是隨入射丫射線的能量E和吸收物質(zhì)的原子序數(shù)Z而變化，所以線性吸收系數(shù)科是吸收物質(zhì)的原子序數(shù)Z和丫射線能量E的函數(shù)。蝕蒙蔻蒞蠶螃索考慮到br是光電、康普頓、電子對(duì)三種效應(yīng)截面之和，那么線性吸收系數(shù)科就可以表示為蜜蒂祎曹范尊原ph c p9-3-2)荽芾薄蔓螂肄覆式中ph、c、p分別為光電、康普頓、電了對(duì)效應(yīng)的線性吸收系數(shù)，

4、且phZ59-3-3)崛唐羈裊菜芨賺Z2Z 之間的復(fù)雜關(guān)系。芨蒂蝴祎奧蟻童從中可以看出線性吸收系數(shù)W與吸收物質(zhì)的原子序數(shù)請(qǐng)下載支持!輻螞苗技膂膈羋對(duì)于線性吸收系數(shù)與丫射線能量E之間的關(guān)系也比較復(fù)雜，并且隨吸收物質(zhì)的不同而存在顯著差別。圖9-3-1給出了鉛、錫、銅、鋁對(duì)丫射線的線性吸收系數(shù)科與丫射線能量E之間的關(guān)系曲線。嵋袈羋董黃菜連圖9-3-1 鉛、錫、銅、鋁對(duì)T射線的吸收系數(shù)和能量的關(guān)系芨筮拗鰥方蒙實(shí)際工作中常用質(zhì)量吸收系數(shù)m表示物質(zhì)對(duì)丫射線的線性吸收系數(shù)科,(9-3-4 )的關(guān)系為m膀展肅蕨膈蝕薄袁袂贛黃賺蒙薄其中p是吸收物質(zhì)的密度（單位為g/cm3 ）。用 m表示的丫射線強(qiáng)度的指數(shù)衰減規(guī)

5、律為箍曹膀莫薄肆肇Ioem xm(9-3-5)蛔n建蔻薇U前式中的xmX為吸收物質(zhì)的質(zhì)量厚度，單位為g/cm2o因?yàn)?9-3-6 )rNNam-""-phcp初著范肇聿袈襖A果莆第箍螞滕其中Na是阿佛加德羅常數(shù)，A是原子量數(shù)。所以質(zhì)量吸收系數(shù)與吸收物質(zhì)的密度及物理狀態(tài)無(wú)關(guān)，在實(shí)際應(yīng)用上也就更為方便。充螂奚薄裊蛆.在相同實(shí)驗(yàn)條件下，由于某一時(shí)刻的計(jì)數(shù)率n總是與該時(shí)刻的丫射線強(qiáng)度I成正n°e比，所以（9-3-5）式也可以表示為(9-3-7)蠅蕨蒲妍蝸腿肅對(duì)兩邊同時(shí)取對(duì)數(shù)，得(9-3-8)lnnln叫mXm建蛔裊聚節(jié)處0mm蔻蒞蠶螃n芾顯然，lnn與xm具有線性關(guān)系，如

6、圖9-3-2所示。祎曹用題g蝕蒙圖9-3-2lnnxm曲線薄盆螂葡懿皤有時(shí)，物質(zhì)對(duì)丫射線的吸收能力也用“半吸收厚度”表示，它是指使入射的丫射線強(qiáng)度減弱到一半時(shí)的吸收物質(zhì)厚度，記作d1/2,在量值上為ln2d1/2（9-3-9）羈裊藻芨賺荽芾蝴祎奧蟻黃蜩IT顯然，d1/2也是吸收物質(zhì)的原子序數(shù)Z和丫射線能量E的函數(shù)。利用半吸收厚度，可以粗略估計(jì)丫射線的能量。甘菽膂疆羋芨蒂【實(shí)驗(yàn)裝置與器材】羋蜜需，螞實(shí)驗(yàn)裝置如圖9-3-3所示，包括137cs和60C0Y放射源、NaI(Tl)閃爍探測(cè)器、多道脈沖幅度分析器(含多道分析軟件，其操作方法請(qǐng)閱讀儀器使用說明書)、計(jì)算機(jī)，以及多個(gè)鉛吸收片和鋁吸收片等。神瞧

7、墨方蒙嵋袈圖9-3-3丫射線的吸收測(cè)量裝置肅藏膈蝕薄芨筮由于實(shí)驗(yàn)中采用NaI(Tl)閃爍探測(cè)器，配合多道脈沖幅度分析器進(jìn)行測(cè)量，在計(jì)算機(jī)上顯示的是丫射線的全能譜，考慮到本底、計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)漲落及光標(biāo)定位不準(zhǔn)的影響，所以無(wú)法直接準(zhǔn)確得到某一能量丫射線在某一時(shí)刻的計(jì)數(shù)率，比較好的解決辦法是，在相同實(shí)驗(yàn)條件下(放射源與探測(cè)器的位置不變，探測(cè)器工作電壓和放大倍數(shù)不變，并保證相同的測(cè)量時(shí)間)，首先獲得不同吸收厚度下的丫射線全能譜，然后計(jì)算所選光電峰的凈面積A(多道分析軟件中包含此功能)，以此替代前述公式中的n或I。凈面積的計(jì)算方法有三種，分別是TPA算法、Covell算法和Wasson算法，如圖9-3-4所示

8、。這些算法中，TPA算法比較簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確度也較高，因此在手工計(jì)算時(shí)，建議采用這種算法，具體做法請(qǐng)閱讀相關(guān)資料。贛黃賺蒙薄膀展圖9-3-4凈面積算法示意圖膀莫薄肆肇袁袂【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】建蔻薇贛前箍曹1、閱讀儀器使用說明，掌握儀器及多道分析軟件的使用方法。黃肇聿裂襖蜥I2、儀器開機(jī)并調(diào)整好工作電壓(700750V)和放大倍數(shù)后，預(yù)熱30分鐘左右。菅衿蒂螞滕翊13、在多道分析軟件中調(diào)整預(yù)置時(shí)間為600s。蟆薄裊蝸1髓莆4、用一組鋁吸收片測(cè)量對(duì)137cs的丫射線(取0.662MeV光電峰)的吸收曲線，并用最小二法原理擬合求質(zhì)量吸收系數(shù)。根據(jù)鋁的密度(2.7g/cm3)求線性吸收系數(shù)，與理論值(0.194cm

9、-1)比較，求相對(duì)不確定度。計(jì)算半吸收厚度。犀妨膽蠅勞蒯I5、用一組鉛吸收片測(cè)量對(duì)137cs的丫射線(取0.662MeV光電峰)的吸收曲線，3并用取小二法原理擬合求質(zhì)重吸收系數(shù)。根據(jù)鉛的留度(11.34g/cm)求線性吸收系數(shù)，與理論值(1.213cm-1)比較，求相對(duì)不確定度。計(jì)算半吸收厚度。著則尺腿肅芍何6、用一組鋁吸收片測(cè)量對(duì)60Co的丫射線(取1.17MeV或1.33MeV光電峰)吸收曲線，并用最小二法原理擬合求線性吸收系數(shù)、質(zhì)量吸收系數(shù)和半吸收厚度。裊量節(jié)之蟋蠅蔽數(shù)據(jù)處理蠶螃索芾爸建蛔1用一組鋁片測(cè)量對(duì)Cs的丫吸收用芽蜘蝕募荒蒞其中選取的感興趣范圍是：90ch115ch螂耀德蜜蒂祎曹

10、用0片鋁片測(cè)量截圖菜芨賺荽芾薄蔓用2片鋁片測(cè)量截圖奧蟻割糖羈裊用4片鋁片測(cè)量截圖膂膈羋芨蒂螭祎用6片鋁片測(cè)量截圖黃菜蓬輻螞苗技表1用一組鋁片測(cè)量對(duì)Cs的丫吸收數(shù)據(jù)表格墨芳蒙嵋袈羋董0片鋁片膈蝕薄芨筮神瞧ROI=19244賺募躊膀點(diǎn)肅藏LnROI=9.86薄肆肇袁袂贛黃xm=0g/cm2薇贛前n曹膀英2片鋁片聿裂襖蛔msROI=13220蒂螞膘初蒲范肇LnROI=9.49裊蝸蟹量莆譽(yù)衿Xm=3.72g/cm2膽蠅方充螂奚薄4片鋁片蝸腿肅芍神犀妨ROI=9870節(jié)之蟋蠅蔽著蟒LnROI=9.19sm蛔裊蜜xm=r-，27.44g/cm蜘蝕豪s蒞蠶螃6片鋁片袆蜜蒂祎酊譚ROI=6921賺荽吊油盆螂肄

11、LnROI=8.84黃嫌唐羈裊菜芨一",2xm=11.16g/cm羋芨蒂螭祎奧蟻由表1,運(yùn)用最小二乘法可得lnROI和Xm的關(guān)系曲線蓬輻螞勘放膂膈由圖不難彳導(dǎo)出，m=0.0903cm2/g,已知鋁的密度p=2.7g/cm3,由m蒙嵋袈羋蜜黃菜可得以=0.244,ln2薄芨駕攤墨芳由d1/2可求得半吸收厚度di/2=2.841cm.薄膀展肅藏膈蝕2用一組鉛片測(cè)量對(duì)Cs的Y吸收肇袁袂贛黃賺募其中選取的感興趣范圍是：90ch115ch劉箍曹膀莫薄肆用0片鉛片測(cè)量截圖襖蝠麟造薇篇用2片鉛片測(cè)量截圖滕翔w范肇聿裂用4片鉛片測(cè)量截圖獸®莆第簿螞用6片鉛片測(cè)量截圖勞勒融奚薄裊蝸表2用一組

12、鉛片測(cè)量對(duì)Cs的丫吸收數(shù)據(jù)表格肅芍何康妨腿蠅0片鋁片帔蠅蔽蒲妍蝸腿ROI=19244譽(yù)建蛔裊蜜節(jié)黃LnROI=9.86一一，2蒙蔻蒞蛋螃n芾xm=0g/cm2蕭祎曹荒黑原蝕2片鋁片吊酒邕螂肄覆蜜ROI=6612唐羈裊菜芨賺荽LnROI=8.80蒂蛔祎奧蟻黃崛xm=4.92g/cm2螞甘菽膂疆羋芨4片鋁片袈羋董黃菜蓬輻ROI=4517筮神矚墨芳募嵋LnROI=8.42展肅藏膈蝕薄芨xm=9.84g/cm2袂贛黃賺募躊膀6片鋁片ROI=3241LnROI=8.08xm=14.76g/cm2由表2,運(yùn)用最小二乘法可得lnROI和Xm的關(guān)系曲線由上圖不難得出，m=0.1163cm2/g,已知鉛的密度P

13、=11.34g/cm3,由m可得以=1.319由d1/2跖可求得半吸收厚度d1/2=0.53cm.3、用一組鋁片測(cè)量對(duì)Co的Y吸收其中選取的感興趣范圍是：195ch215ch用0片鋁片測(cè)量截圖用2片鋁片測(cè)量截圖用6片鋁片測(cè)量截圖表3用一組鋁片測(cè)量對(duì)Co的丫吸收數(shù)據(jù)表格0片鋁片ROI=309LnROI=5.73八，2xm=0g/cm2片鋁片ROI=114LnROI=4.74xm=3.72g/cm26片鋁片ROI=84LnROI=4.43，-，2xm=11.16g/cm由表3,運(yùn)用最小二乘法可得lnROI和xm的關(guān)系曲線由上圖可得出，m=0.1058cm2/g,已知鋁的密度p=2.7g/cm3,由

14、可得以=0.286由di/2膽可求得半吸收厚度di/2=2.42cm.思考題1、如何用本實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)量一定材料的厚度？答：可用待測(cè)材料代替試驗(yàn)中的鋁片和鉛片，測(cè)量丫射線穿過材料后的強(qiáng)度，根據(jù)公式rN XX1 l0e l0e，已知丫射線的初始強(qiáng)度I0和材料的線性吸收系數(shù)科可求得材料的厚度X。2、閃爍體前有一厚度約200pm的鋁質(zhì)密封窗，試分析其對(duì)測(cè)量結(jié)果有何影響?mxm答：沒有影響，根據(jù)nn0e，試驗(yàn)中n與n。都會(huì)有一定程度的衰減，因此對(duì)科m的計(jì)算沒有影響3、實(shí)驗(yàn)中，是否可以用全譜總計(jì)數(shù)率代替光電峰的凈面積？為什么？答：不可以，因?yàn)橐紤]到本地、計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)漲落及光標(biāo)定位不準(zhǔn)等因素的影響。4、根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，談?wù)勗谳椛涞钠帘畏雷o(hù)方面應(yīng)