γ射線能譜的測定實驗報告

γ射線能譜的測定【摘要】：本實驗主要通過測量γ的能譜和采用NaI(Tl)閃爍譜儀測全能峰的方法測量了137Cs和60Co的γ射線在鉛銅中吸收，對137Cs(0.661MeV)分別為1.213、0.642、0.194cm-1,與公認值相差均約1%;對60Co分別為0.674、0.481、0.149cm-1,與公認值相差均在5%以內。本實驗就是利用探測器的輸出脈沖幅度與入射粒子能量成正比的規(guī)律來測得能量與其強度的關系曲線。通過對CS、CO能譜的測定，可以加深對γ射線能量與強度的關系，γ射線與物質相互作用的理解；可以進一步了解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以及鑒定譜儀的能量分辯率與線性?！娟P鍵詞】：γ射線、能譜、NaI（Tl）γ閃爍譜儀【引言】：γ躍遷可定義為一個核由激發(fā)態(tài)到較低的激發(fā)態(tài),而原子序數(shù)Z和質量數(shù)A均保持不變的退激發(fā)過程,是激發(fā)核損失能量的最顯著方式躍遷可定義為一個核由激發(fā)態(tài)到較低的激發(fā)態(tài),而原子序數(shù)Z和質量數(shù)A均保持不變的退激發(fā)過程,是激發(fā)核損失能量的最顯著方式。閃爍探測器是利用某些物質在射線作用下會發(fā)光的特性來探5g射線的儀器。它的主要優(yōu)點是：既能探測各種類型的帶電粒子，又能探測中性粒天既能測量粒子強度，又能測量粒子能氨并且探測效率高，分辨時間短。它在核物理研究和放射性同位索的測量中得到廣泛的應用。本實驗的目的是了解NaI(T1)閃爍譜儀的原理、特性與結構，掌捏NaI(T1)閃爍譜儀的使用方法，鑒定潛儀的能量分辨率和線性，并通過對于y射線能譜的測量，加深對y射線與物質相互作用規(guī)律的理解?！緦嶒灧桨浮浚簩嶒炘碓雍说乃プ儺a生γ射線，不同能級間的衰變躍遷可以產生不同能量的γ射線，我們可以通過射線探測器對這些γ射線的能譜分析就可以推斷出原子核的一些性質。射線探測器的是根據射線與物質的相互作用規(guī)律研制的，可分為“信號型”和“徑跡型”，本實驗用的NaI（T1）單晶γ閃爍譜儀就是屬于信號型。下面來簡單的介紹一下閃爍譜儀的工作原理。 γ射線在與物質相互作用的時候可能產生三種效應：光電效應、康普頓效應和電子對效應，這三種效應會產生次級電子，NaI（T1）單晶γ閃爍譜儀就是利用這些次級電子激發(fā)電離閃爍體分子，當閃爍分子退激發(fā)時會放出大量的光子，并照射在光陰極上產生光電子，這些光電子經過倍增管放大而產生可探測的電信號并通過電子儀器的記錄得到γ射線能譜，具體結構圖如下： 經過閃爍探測器后得到的電信號為電壓脈沖信號，其幅值與入射的γ射線的能量成正比，線號脈沖的個數(shù)正比于γ射線的強度。接收電信號的儀器可以分為單道和多道脈沖分析器，其功能是通過測量不同幅值電壓脈沖信號的脈沖個數(shù)來畫出入射γ射線能量與強度的關系。 單道分析器有一個下甄別電壓和一個上甄別電壓，只有當脈沖幅值在之間的信號才能通過，這樣就可以測量出信號幅值在之間的個數(shù)，通過改變并保持不變，就可以測量出不同幅值所對應的個數(shù)，即為γ射線的能量與強度的關系。 多道分析器是多個單道分析器構成的，其通過給不同道數(shù)的單道以不同的下甄別電壓，從而一次性的測出整個能譜圖，其中道數(shù)正比于下甄別電壓，進而正比于γ射線的能量。（圖見附錄）γ躍遷可定義為一個核由激發(fā)態(tài)到較低的激發(fā)態(tài),而原子序數(shù)和質量數(shù)A均保持不變的退激發(fā)過程,是激發(fā)核損失能量的最顯著方式。在能量約為10keV～10MeV時,γ射線與物質相互作用的主要方式為光電效應、康普頓效應和電子對效應。以鉛為例,γ射線的吸系數(shù)和能量之間的關系曲線示于圖1。由圖1可見,三種相互作用方式發(fā)生在不同的能量區(qū)間,其在物質中的吸收程度也不相同。本實驗研究的主要是窄束γ射線在物質中的吸收規(guī)律。所謂窄束γ射線是指不包括散射成份的射線束,即通過吸收片后的γ光子僅由未經相互作用或稱為未經碰撞的光子所組成,它不包括散射成分的射線束。窄束γ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γ射線的吸收。γ射線強度隨物質厚度的衰減服從指數(shù)規(guī)律,即:(1)其中分別是穿過物質前、后的γ射線強度,x是γ射線穿過的物質的厚度(cm),是三種效應截面之和,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)(cm-1),它是三種效應的線性吸收系數(shù)之和。顯然的大小反映了物質吸收γ射線能力的大小。實際工作中也常用質量厚度表示吸收體厚度,以消除體積質量(?)的影響,即(2)對(2)式取對數(shù)得:(3)即(4)射到探測器上的透射射線強度(相當于一定時間內的計數(shù)n)和吸收體厚度的關系為:其中是物質的線性吸收系數(shù)。此公式可改寫為:由此可知對于一定的放射源和一定的材料,即對于一定的,測量出被測材料時的射線度,就可以通過計算確定該材料的厚度。具體實驗步驟如下：（一）1. 連接好實驗儀器線路2. 把γ放射源137Cs或60Co放在探測器前，調整實驗裝置，使放射源、準直孔、閃爍探測器中心位于一條直線上3. 開機后打開電腦，并打開實驗軟件，設置掃描時間60Co為500s，137Cs為300s4. 設置電壓放大倍數(shù)為0.3，點擊運行，得到能譜圖5. 調節(jié)電壓值使得60Co的全能峰在320道處，137Cs的全能峰在160道處6. 分別測137Cs和60Co的全能譜并記錄相關實驗數(shù)據7. 將閃爍探測器分別左移和右移5mm，重復測量137Cs和60Co的全能譜8. 比較所得的能譜圖的總計數(shù)率，分別選出137Cs和60Co總計數(shù)率最大的一副圖進行打?。ǘ┑诙€的操作步驟和上面的基本相同，值得注意的是在測量吸收系數(shù)時兩種物質都要設置掃描時間為500s。然后逐個測量。實驗數(shù)據：Cs的γ射線能譜測量序號 道數(shù) 計數(shù) 總計數(shù)率 尋峰 窄峰 中峰 峰位（chn） 半高寬 凈面積 分辨率(%) 峰位(chn) 半高寬 凈面積 分辨率(%)1 160 2351 1041 159.03 16.10 36555 10.12 158.01 16.92 35775 10．712 160 2297 1043 160.118 16.44 35940 10.26 159.12 16.74 36645 10．523 160 2162 1017 159.57 15.99 35661 10.02 158.24 16.92 36523 10．69序號 道數(shù) 計數(shù) 總計數(shù)率 尋峰 窄峰 中峰 峰位（chn） 半高寬 凈面積 分辨率（%） 峰位(chn) 半高寬 凈面積 分辨率（%）1 320 155 325 317．68 16．34 1474 5．14 277．53 15．54 3765 5．602 320 165 323 319．93 16．56 974 5．18 281．47 14．08 2737 5．003 320 161 323 320．03 17．27 535 5．40 277．63 16．91 4481 6．00Co的γ射線能譜測量γ射線的吸收與物質系數(shù)的測定（測得鋁的u=0.117）運用了公式4鋁 塊數(shù) 計數(shù) 總計數(shù)率 Rm(g/)

4 550 255 9.69 3 615 281 7.27 2 771 309 4.84 1 937 342 2.40 0 1065 388 0γ射線的吸收與物質系數(shù)的測定（測得鉛的u=0.924）運用了公式4鉛 塊數(shù) 計數(shù) 總計數(shù)率 Rm(g/)

4 505 198 8．29 3 583 225 6．17 2 678 258 4．12 1 892 298