伽馬射線的吸收實驗報告

1、實驗3：伽馬射線的吸收實驗目的了解7射線在物質中的吸收規(guī)律。測量7射線在不同物質中的吸收系數。學習正確安排實驗條件的方法。內容選擇良好的實驗條件，測量60CO（或137CS）的7射線在一組吸收片（鉛、銅、或鋁）中的吸收曲線，并由半吸收厚度定出線性吸收系數。用最小二乘直線擬合的方法求線性吸收系數。原理1.窄束7射線在物質中的衰減規(guī)律7射線與物質發(fā)生相互作用時，主要有三種效應：光電效應、康普頓效應和電子對效應（當7射線能量大于1.02MeV時，才有可能產生電子對效應）。準直成平行束的7射線，通常稱為窄束7射線。單能的窄束7射線在穿過物質時，其強度就會減弱，這種現象稱為7射線的吸收。7射線強度的衰減

2、服從指數規(guī)律，即I=IegrNx=Ieaoo（i）其中10,1分別是穿過物質前、后的7射線強度，x是7射線穿過的物質的厚度（單位為cm）,g是三種效應截面之和，N是吸收物質單位體積中的原子數，卩是物質的線r性吸收系數（卩=GN，單位為cm=1）顯然卩的大小反映了物質吸收7射線能力的r大小。由于在相同的實驗條件下，某一時刻的計數率n總是與該時刻的7射線強度I成正比，因此I與x的關系也可以用n與x的關系來代替。由式我們可以得到n=ne卩x0lnn=lnn-卩（3）0可見，如果在半對數坐標紙上繪制吸收曲線，那末這條吸收曲線就是一條直線，該直線的斜率的絕對值就是線性吸收系數卩。Y物質的原子序數z而變化

3、，因此單能Y射線的線性吸收系數卩是物質的原子序數Z和能量E的函數。4)Yphcp式中卩、R、卩分別為光電、康普頓、電子對效應的線性吸收系數。其中phcpXZ5ph圖2給出了鉛、錫、銅、鋁對Y射線的線性吸收系數與Y射線能量的關系曲線。物質對Y射線的吸收系數也可以用質量吸收系數卩來表示。m128)s紜TET飛方廠?-丁0巒史幽屈aw2鉛、錫.銅鋁対丁射議的吸牧系散和龍量去系此時指數衰減規(guī)律可表示為I=Ie卩0 xmm（6）其中卩表示物質的質量吸收系數（mmm0單位是cm2/g,P是物質的密度，它的單位是g/cm2）。x表示物質的質量厚度（x=xP，單位是g/cm2）。因為mmAph+c+c)cp7

4、）式中N人是阿佛加德羅常數，A是原子核質量數。所以質量吸收系數與物質和物理狀態(tài)A無關，因此使用質量吸收系數比線性吸收系數要更方便些。物質對Y射線的吸收系數也常用“半吸收厚度”表示。所謂“半吸收厚度”就是使入射的的射線強度減弱到一半時的吸收物質的厚度，記作d。從（1）式可以得出d1122和的關系為In2_0.693由此可見，d也是物質的原子序數Z和Y射線能量E的函數。通常利用半吸收厚r2度可以粗略定出Y射線的能量。由上可知，要求線性吸收系數時，可以由吸收計算斜率的方法得到，也可以由吸收曲線圖解求出半吸收厚度從而推算得到。以上兩種方法都是用作圖方法求得線性吸收系數的，其特點是直觀、簡單，但誤差比較

5、大。比較好的方法是用最小二乘方法直線擬合來求得線性吸收系數。半吸收厚康LQ.5fJ2必3-5鴿監(jiān)MeV圉3半吸收厚度和y射歿能母的關系對于一系列的吸收片厚度x、xx（假定x沒有誤差），經計算得到一系列的12ki計數率耳iN,這里t是相應于N的測量時間，利用（2）式tiiin=ney0則,n卩xInn=mo令y=lnn則y二ax+b其中斜率（即為-卩）與截距b的計算中心公式為WWxlnn-WxWlnna=WWx2-wx2WlnnWx2-WxlnnWxb=WWx2-Wx2式中Wx=iWx（W表示y=lnn的權重），其它類似。iiiiii=1W的計算如下（假定本底不大和本底誤差可以忽略）ia1a=a

6、=n=i-yilnni1n1門WxNia2yia2lnniia和b的標準誤差為八墮aaWWx2-Wx2ya=IWX21abWWx2-Wx2yWV2式中a=,v=yy，其中y勺k2i112.關于丫吸收實驗條件的安排上面的討論都是指的窄束Y射線的吸收過程。從實際的實驗條件來看，探測器記錄下來的脈沖數可能有五個來源（見圖4），圖中由周圍物質散射而進入的Y射線；與吸收物質發(fā)生小角散射而進入的次級Y射線；在探測器對源所張立體角以外的Y射線被吸收物質散射而進入；本底。其中只有第一類射線是我們要的透射強度，因此選擇良好的實驗條件以減少后四類射線的影響，就成為獲得準確結果的主要因素。實驗時要合理的選擇吸收片與

7、放射源，吸收片與探測器之間的相對位置以獲得良好的實驗結果。裝置實驗裝置的示意圖見圖5探測器，(計數管探頭，FJ-365,臺及計數管，FJ-104,支或Nal(Tl)閃爍計數器，FJ-367，一個)；自動定標器，FH-408,臺；放射源，60CO(或137CS)毫居級，1個;吸收片，鉛、銅、鋁，若干片。步驟1調整裝置，使放射源、準直孔、探測器的中心處在一條直線上。選擇吸收片的合適位置，使小角散射的次級y射線影響較?。ǚQ為良好的幾何條件）和影響較大（稱為不好的幾何條件）的兩種情況下，各做一條對鉛材料的Y吸收曲線，各點統(tǒng)計誤差要求（2-3）%。在良好的幾何條件下，做一條對銅或鋁的y吸收曲線，各點的統(tǒng)

8、計誤差要求（2-3）%.4測量y射線在鉛和銅中的吸收曲線時，所加吸收片的總厚度應不小于三個半吸收厚度，對鋁要求不小于兩個半吸收厚度。實驗數據處理分析最差幾何條件鐵材料LinearmodelPoly1:f(x)=p1*x+p2Coefficients(with95%confidencebounds):p1=-0.5269(-0.5453,-0.5085)p2=8.453(8.407,8.498)Goodnessoffit:SSE:0.01336R-square:0.9976AdjustedR-square:0.9973RMSE:0.03656度(cm)EU一輔祕槻冢五最優(yōu)幾何條件鐵材料Linea

9、rmodelPoly1:f(x)=p1*x+p2Coefficients(with95%confidencebounds):p1=-0.6371(-0.6633,-0.611)p2=8.418(8.364,8.472)Goodnessoffit:SSE:0.01235R-square:0.9975AdjustedR-square:0.9972RMSE:0.0393最優(yōu)幾何條件鐵材料伽日吸收曲線8.5IIIIIg=糅反樓歸七611111100.511.522_633_6厚度cm)3最差幾何條件鉛材料LinearmodelPoly1:f(x)=p1*x+p2Coefficients(with95%

10、confidencebounds):p1=-1.018(-1.038,-0.9974)p2=8.428(8.4,8.456)Goodnessoffit:SSE:0.002886R-square:0.9994AdjustedR-square:0.9993RMSE:0.01899EL一轅茯聊棘主4最優(yōu)幾何條件鉛材料LinearmodelPoly1:f(x)=p1*x+p2Coefficients(with95%confidencebounds):p1=-1.158(-1.187,-1.129)p2=8.409(8.377,8.441)Goodnessoffit:SSE:0.002165R-squa

11、re:0.9994AdjustedR-square:0.9993RMSE:0.019-E-C輾花回晶七方法一：Fe:u1=0.6371d1/2=0.693/u1=1.0877cmPb:u2=-1.158d1/2=0.693/1.158=0.5984cm方法二：從計數值達到初始值的一半：最優(yōu)幾何條件鐵：d1/2=1.2cm最優(yōu)幾何條件鉛：d1/2=0633cm結果分析：從鐵和鉛的吸收曲線上看，最優(yōu)和最差的斜率相近，且最優(yōu)條件斜率大，這是符合理論的。至于從計數值上直接看出半吸收厚度與方法一對于鐵相差較大，統(tǒng)計漲落大的原因還有一大部分原因在于平均加鐵的厚度太大，導致不夠精細。思考題1什么叫射線被吸收了？為什么說射線通過物質時沒有確定的射程？2什么樣的幾何布置條件才是良好的幾何條件？在圖5所示的實驗裝置圖中吸片的位置應當放在靠近放射源還是靠近計數管的地方？3試分析在不好的幾何條件下，測出的半吸收厚度是偏大還是偏??？為什么？4試述本試驗中的本底應如何測量。又本底的誤差應如何考慮？5如果事先并不知道射線的能量，怎樣才能合理地選擇每次添加的吸收片厚度，使測量結果既迅速，結果也比較準確？伽馬射線與物質相互作用，能量耗盡在靶物質里。伽馬射線與物質的相互作用和帶電粒子與物質相互作用有著顯著的不同。伽馬光子不帶電，它不像帶電粒子那樣直接與靶物質原子電子發(fā)生庫侖碰撞而使之電離或者激發(fā)，或者