成理工核輻射測量方法實驗指導

1.了解放射性衰變的統(tǒng)計漲落現(xiàn)象和規(guī)律。2.了解統(tǒng)計誤差的概念，掌握計算統(tǒng)計誤差的方法。3.統(tǒng)計檢驗放射性衰變漲落的概率分布類型。4.學會用列表法和作圖法表示實驗結果。1.γ總量檢測儀（KZG03C輻射總量檢測儀）1.在相同實驗條件下，對某一放射性物質進行重復測量100次。2.在相同的測量條件下，重復測量裝置的放射性本底（計數）。3.用列表法和作圖法分別表示實驗結果，并與理論分布曲線進行4.作χ2檢驗，確定放射源和本底計數的概率分布類型。1.基本知識放射性現(xiàn)象就是不穩(wěn)定的核素自發(fā)地放出粒子或γ射線，或在軌道電子俘獲后放出X射線，或產生自發(fā)裂變的過程。在不穩(wěn)定的核素中有天然放射性核素，也有人工放射性核素。天然放射可以輻射出質子或中子等。放射性自發(fā)衰變，一般不受溫度、壓力的影響，并按一定的指數規(guī)律變化。在放射性測量中我們發(fā)現(xiàn)測量條件雖然沒有發(fā)生變化，而測量結果并不完全一樣，即放射源在每單位時間內發(fā)生衰變的原子數目是不同的，時多時少，有起有伏，但是它比較集中地在某一范圍內波動，而這種現(xiàn)象就是放射性衰變的統(tǒng)計漲落。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因在于放射性原子核的衰變是自動發(fā)生的，哪一個原子核發(fā)生衰變是帶有偶然性的，先后順序并不確定。核衰變分布）服從泊松分布。即：P(N)=(N)NN!?ne 也比較大，此時均方差為σ=N≈Nσ的大小反映了計數的漲落性大小，也即反映了核衰變的漲落性 大小。N的大小反映了核衰變的集中趨勢。單次測量計數N及統(tǒng)計誤K1(K1(Ni?)2放射性衰變規(guī)律服從泊松分布或正態(tài)分布是一客觀規(guī)律。若輻射性測量工作。從數學上可以證明，在一定條件下放射性衰變的漲落性符合泊松分布或正態(tài)分布，但是它需要測量結果驗證。驗證的方法是將實測數據的分布與數學上導出的理論分布進行比較，作統(tǒng)計假設檢驗。1.由指導老師或自己在實驗場所及附近設定一條測線進行不同測點放射性γ總量測量。每隔10秒記數，每一個測量點記數2.在實驗室內找一定點，在同一條件下進行多次重復性測量（每1.用標準誤差和標準偏差相比較：=Ni—數據分布（高斯分布）的標準誤差σ=Nδ=有限次測量的標準偏差由計算結果得到的標準誤差σ和標準偏差δ比較，說明這組數據的可靠性。表1測量的原始數據測量次數測量次數計數（n1）計數（n2）計數（n2）計數（n3）均值（N）12345678…根據表1測得的數據在平面直角坐標上畫出測線的放射性水平2．用置信區(qū)間內的概率比較，結合頻率分布直方圖，可得到概率統(tǒng) N±σ N±2σ 頻率直方圖252050667695722750778計數806834862890計數落在N±δ區(qū)間內的概率為84%（理論68.3%落在N±2δ區(qū)間內的概率為94%（理論95.5%落在N±3δ區(qū)間內的概率為98%（理論99.7%基本符合正態(tài)分布。定點γ輻射測量計數率806040200時間(s)01002003004005006001.衰變服從什么規(guī)律，核輻射測量的兩個基本特征是什么？1.復旦大學、清華大學、北京大學合編《原子核物理實驗方法》原子能出版社1998。5.張錦由主編《放射性方法勘查實驗》原子能出版社1992。2、測量γ射線在不同介質中的吸收系數。1、KZG03C輻射檢測儀一臺；2、Cs137點放射源一個；3、鉛準直器一個；5、手套、長鉗夾子、尺子、繩子各一套。射和形成電子對效應。由于三種效應的結果，γ射線通過物質時發(fā)生衰μ=τ+σ+κI=I0e?μdI=I0e?μmdm=(-Ln(I/IO))/dm式中：I為射線經過某一介質厚度的儀器凈讀數（減去本底0為起始射線未經過介質的儀器凈讀數（減去本底）；d為介質厚度，單位為cm;m為介質面密度，單位為g/cm2；μ為γ射線經過介質的線吸收系數，單位為cm-1；γ射線經過介質的質量吸收系數，單位為g/cm2；半吸收厚度：為使射線強度減少一半時物質的厚度，即1I=Iμμ2 或或 21 211.選擇良好的測量條件（窄束測量Cs1泥、鋁、鐵、銅、鉛）中的吸收曲線，并由半厚度定出吸收系數；2.用最小二乘擬合的方法計算出吸收系數與1中的結果進行比較；3.測量不同散射介質時（同一角度，同一厚度）γ射線的強度。五、實驗步驟：1.吸收實驗1)調整裝置，使放射源、準直孔、探測器的中心在一條直線上；2)測量本底I0’；3)將源放入準直器中，測量無吸收屏時γ射線強度I0”；4)逐漸增加吸收屏，并按相對誤差在N±δ的要求測出對應厚度計數Id’，每個點測三次取平均植；5)更換一種吸收屏，重復步驟4，測量時注意測量條件不變。六、數據分析與處理：1234567Ln(I/I0) 水泥鉛鋁鐵-0.5 -1-1.5 -2-2.5 -3-3.5 -4-4.5020020介質厚度(cm)00yy-0.18-1y8x-1y8x05x=05x=-063x.26663x.266水泥鉛鋁鐵鋁鐵鉛七、實驗結果和心得體會：φθφθ2、觀測康普頓散射隨散射介質、厚度及散射角度的變化關系。1、KZG03C輻射檢測儀一臺；2、Cs137點放射源一個；3、鉛準直器一個；5、手套、長鉗夾子、尺子、繩子各一套?？灯疹D效應：入射的γ光子和原子中的一個電子的彈性相互作用。入射的γ光子相對于原來的方向被偏轉一個角度θ,光子將其一部分能量傳遞給電子（假定原來是靜止的），此稱為反沖電子。由于各種角度的散射都是可能的，所以傳遞給電子的能量可能是從零到γ射線能量的一大部分。射線通過介質發(fā)生康普頓散射的概率σ與光子能量hυ及介質原子序數Z有關，當hυ>mc2時，則有σ∝[NZ/hυ][ln(2hυ/mc2)+1/2]，時，康普頓散射效應增加[1]。1.測量不同散射介質時（同一角度，同一厚度）γ射線的強度；2.求出不同介質的散射飽和厚度；3.測量散射光子強度I與散射角θ間的變化規(guī)律。五、實驗步驟：1)調整裝置，測量本底I0’；2)將源放入準直器中，把探測器放在散射角A位置上，測量無吸收屏時γ射線強度I0”；3)依次放置不同厚度的散射介質，在散射角A位置上，測出相應厚度計數d’，每個點測三次取平均值；4)更換一種散射屏，重復步驟3，測量時注意測量條件不變；5)把探測器分別置于與入射角成200、400、600、800角時測量γ射線的強度固定散射物質變化角度散射裝置圖固定角度變化六、數據分析與處理：1234567891234七、實驗結果和心得體會：1、掌握測氡儀器的使用；2、掌握現(xiàn)場測氡方法。1、FD3017RaA測氡儀或CDI2000自動換片型土壤測氡儀；2、樣片F(xiàn)D-3017RaA型測氡儀主要由抽氣泵和測量操作臺兩部分組成，抽氣泵除了完成抽氣外，還起到了貯存收集子體的功能。當氡氣經干燥器被抽入筒內后，隨即開始衰變，并產生新的子體RaA，它在初始形成的瞬間是為帶正電的離子，本儀器就是利用它的帶電特金屬片放入到操作臺探測器內測量RaA的α射線計數，其強度將與氡濃度成正比，按下式即可直接計算氡濃度：=J*NαRAaRn為氡濃度（愛曼）NαRaA為RaA的α計數J為換算系數（愛曼/脈沖），由標定確定，此系數包括了裝置的子體收集效率和探測器效率等因素。本儀器對α放射性的測量采用金硅面壘型半導體探測器，它具有較高的靈敏度與高分辨率，當α射線進入到探測器的靈敏層擾脈沖，僅通過測量RaA，最后進入計數電路，在液晶屏上顯示出來，這就是FD-3017RaA測氡儀的工作過程。FD-3017RaA測氡儀是一種新型的測氡儀，它利用靜電場收集氡衰變的第一代子體---RaA作為測量對象。它是一個攜帶式的、高靈敏的、快速的、準確的現(xiàn)場測量儀器。該儀器主要應用于土壤中定量測量氡的濃度。如地質和水文地質勘探中的普查和詳測；亦可應用于放化測鐳、尋找地下水源、地震預報、環(huán)境保護、科研教學等部門的測試工作。(1)充電：儀器內部裝有可充電電池。測量前一天晚上請插上），示燈亮。充電結束后“充電滿”指示燈亮，儀器自動停止充電。(2)連接探頭電纜與高壓電纜。否則請按“復位”按鍵。天黑或黑暗處可按一下“背光”按鍵，但注意打開顯示屏照明會加大功耗，減少電池使用時間。(4)使用鋼釬與鐵錘在土壤地面上打一引孔，深度為0.5米左(5)將空氣采樣器插入引孔中，確保采樣器與周圍土壤間不漏(6)在抽器筒收集室中放入一片金屬收集片，印有“Ra”字樣(7)抽一筒氣：三通連接器上和抽氣筒上3個空氣閥均打至接器上進氣閥（沒有染紅色的一個）。(8)排氣：抽氣筒上空氣閥打至“排”，向左旋轉抽氣筒拉桿后向下壓至底部。(9)重復步驟6，抽一筒氣，按儀器主機上“工作方式鍵”，1至2秒后記下壓強最小值。(10)等待120秒后，在儀器提示“Takesample”后15秒內，將抽器筒收集室中金屬收集片移到探頭測量室中。量計數與壓強的比值）的平均值作為本點最終測量結果。(13)測量過程有誤操作或儀器異常，可按復位鍵后重復步驟7五數據處理與分析用FD-3017RaA測氡儀測量壤中氡的時候，由于各種不同土壤類型有著不同的孔隙度以及同種土壤類型的水分含量各不相同，所以每次抽氣時所貯存在儀器內的氣體體積都不盡相同。設所測得大氣壓為P際所抽氣體體積為V2，溫度為T2PVPVPVT 22TPT1T 2T2在一定體積范圍內，F(xiàn)D-3017RaA測氡儀收集RaA子體的金屬片在沒有飽和的情況下，所得的氡濃度應與實際所抽體積成正比關2.NCRA2aPa.NRA則設壤中氡計數修正值N'，k.V1P2Ca（k、V1均為常量） 所以在用FD-3017RaA測氡儀測量時，修正系數就是P2點號/線號測點測點坐標計數修正值2分鐘氡濃度計數13579212325272931338060402002分鐘氡濃度計數1357921232527293133806040200測點一實驗目的1.初步認識幾種放射性核素在NaI（T1）譜儀中形成的γ能譜；3.掌握測量和分析天然放射性（40-K、226-Ra、232-Th）水平的原二實驗器材三實驗原理利用碘化鈉晶體和光電倍增管組成的閃爍計數器，把具有一定能量的光子變?yōu)殡娒}沖，且輸出的脈沖幅度與入射光子能量成正比。通行能譜分析的基本原理。但是用γ能譜儀測得的放射源的γ譜，與放射源產生的起始γ譜有很大差別，這種由能譜儀測量得到的、被復雜化的核輻射原始線譜稱為儀器譜。放射性核素與輻射的能量間存在一一對應關系，輻射的含量與能量的強度存在正比關系。在γ射線與閃爍體發(fā)生光電效應時，γ射線產生的光電子動能給Eeγii為K、L、M等殼層中電子的結合能。在γ射線能區(qū)，光電效應主要發(fā)生在K殼層。此時，K殼層留下的空穴將為外層電子所填補，躍遷時將放出X光子，其能量為EX。這種X光子在閃爍晶體內很容易再產生一次新的光電效應，將能量又轉移給光電子。因此閃爍體得到的能量將是兩次光電效應產生的光電所以，由光電效應形成的脈沖幅度就直接代表了γ射線的能量。在康普頓效應中，γ光子把部分能量傳遞給次級電子，而自身則被散射。反沖電子動能為e Eγ0c2Eγ(1?cosθ)散射光子的散射角為θ;m0c2為電子靜止能量（0.511MeV）。為方便起見上式可近似寫成：e Eγ1γ散射光子能量也可近似寫成：γE γγ當θ=180°時，即光子向后散射，稱為反散射光子。電子前沖，而且獲得反沖最大，此時eemax當初始γ光子在NaI（T1）晶體中，首次發(fā)生的效應是康普頓效次級效應（光電效應及康普頓效應）。若是逃逸出晶體，則留下的反與首次康普頓效應產生的光電子能量之和正好等于原始γ射線能量，即和光電效應產生的脈沖幅度是一樣的，相應于γ光子的全部能量。四結果分析及數據處理1）一個典型的NaI（T1）譜儀測到的137Cs源的0.662MeVγ能譜2）γ射線能量比較高的情況的實例五實驗結論與心得體會：六實驗結論與心得體會：實驗目的2利用r射線散射效應及材料對r射線的吸收效應模擬3利用所學知識解釋r射線與物質相互實驗器材241Am放射源、鉛實驗原理這些散射射線穿過鍍層材料，被衰減為I3并被探頭接收，近似地I3=I實驗步驟2測量241Am放射源的r能譜，確定4以鉛磚作為基底材料，將探頭和241Am放射源按一定角度固定在鉛磚一側，探頭和241Am放射源之間用鉛屏蔽KI0），結果討論1、掌握測氡儀器的使用；2、掌握現(xiàn)場測氡方法。1、RAD7型空氣測氡儀或FT648型測氡儀；伏（相對于探測器）在整個腔體內形成一個電場。這個電場將正電粒子推向2-1所示。在腔里衰變的氡-222核留下了轉變的釙-218，帶正電子的離子。腔這個帶正電的離子趕向探測器并吸附在那里。當短進入“設置”命令，按提示設置好小時、分鐘、秒鐘、年、月和日期，4數據記錄表格氡濃度(Bq/m3)氡濃度(Bq/m3)氡濃度(Bq/m3)氡濃度(Bq/m3)氡濃度(Bq/m3)4030200氡濃度EM001EM006EM007EM009EM016EM019地點編號252050氡濃度10:0510:2510:4011:0111:2586420 氡濃度14:1014:3014:5015:1015:30時間3）同一測量點不同時間段氡濃度數據分析4）不同測量點數據結果分析1.學會根據實驗精度要求選擇測量時間和測量次數；2.學會用線性最小二乘法擬合實驗數據；3.理解距離平方反比率的意義和實際指導作用。3、鉛準直器、鉛皮套和鉛板若干。設有一點源向各個方向均勻地發(fā)射光子(γ光子），若單位時間位時間將有N0個光子穿過（假設空間無輻射、吸收與散射等作用—理想條件因此在離源R處單位時間單位面積上通過的γ光子數為：I=----------------------------------------------（1）很短時間內N0不變。所以可得以下公式：I=?I∝1、由指導老師或自己在實驗場所及附近設定一條測線進行不同測點放射性γ總量測量。每隔10秒記數，每一個測量點記數3次2、在實驗室內找一定點，在同一條件下進行多次重復性測量（每隔10秒記一次數，不少于100次然后以平均值N為中心，以δ∕2為組距統(tǒng)計畫出落在計數落在N±δ、N±2δ、N±3δ區(qū)間表1測量的原始數據地點計數（n1）計數（n2）計數（n3）均值（N）均值（N）123456789…根據表1測得的數據在平面直角坐標上畫出測線的放射性水平表2測量的原始數據次數計數率次數計數率123456789…頻率直方圖252050667695722750778計數806834862890例圖1計數落在N±δ區(qū)間內的概率為84%，落在N±2δ區(qū)間內的概率為94%，落在N±3δ區(qū)間內的概率為98%，基本符合正態(tài)分布。定點γ輻射測量計數率806040200時間(s)0100200300400500600例圖21、衰變服從什么規(guī)律，核輻射測量的兩個基本特征是什么？1.復旦大學、清華大學、北京大學合編《原子核物理實驗方法》原子能出版社1998；一實驗目的1.初步認識幾種放射性核素在NaI（T1）譜儀中形成的γ能譜；2.了解數字化多道譜儀系統(tǒng)（Ispeter2000）以及NaI（T1）譜儀系統(tǒng)的特點，并學會操作使用該系統(tǒng)；3.掌握測量和分析天然放射性（40-K、226-Ra、232-Th）水平的原二實驗器材NaI（T1）閃爍探測器、鉛室、Ispeter2000數字化多道譜儀、環(huán)三實驗原理利用碘化鈉晶體和光電倍增管組成的閃爍計數器，把具有一定能量的光子變?yōu)殡娒}沖，且輸出的脈沖幅度與入射光子能量成正比。通行能譜分析的基本原理。但是用γ能譜儀測得的放射源的γ譜，與放射源產生的起始γ譜有很大差別，這種由能譜儀測量得到的、被復雜化的核輻射原始線譜稱為儀器譜。放射性核素與輻射的能量間存在一一對應關系，輻射的含量與能量的強度存在正比關系。在γ射線與閃爍體發(fā)生光電效應時，γ射線產生的光電子動能給Eeγii為K、L、M等殼層中電子的結合能。在γ射線能區(qū)，光電效應主要發(fā)生在K殼層。此時，K殼層留下的空穴將為外層電子所填補，躍遷時將放出X光子，其能量為EX。這種X光子在閃爍晶體內很容易再產生一次新的光電效應，將能量又轉移給光電子。因此閃爍體得到的能量將是兩次光電效應產生的光電所以，由光電效應形成的脈沖幅度就直接代表了γ射線的能量。在康普頓效應中，γ光子把部分能量傳遞給次級電子，而自身則被散射。反沖電子動能為e Eγ0c2Eγ(1?cosθ)散射光子的散射角為θ;m0c2為電子靜止能量（0.511MeV）。為方便起見上式可近似寫成：e Eγ1γ散射光子能量也可近似寫成：γE γγ當θ=180°時，即光子向后散射，稱為反散射光子。電子前沖，而且獲得反沖最大，此時emax EγE γγ當初始γ光子在NaI（T1）晶體中，首次發(fā)生的效應是康普頓效次級效應（光電效應及康普頓效應）。若是逃逸出晶體，則留下的反與首次康普頓效應產生的光電子能量之和正好等于原始γ射線能量，即和光電效應產生的脈沖幅度是一樣的，相應于γ光子的全部能量。四結果分析及數據處理以NaI（T1）譜儀測得的γ能譜分析說明為主。1）一個典型的NaI（T1）譜儀測到的137Cs源的0.662MeVγ能譜圖1上有三個峰和一個平臺。最右邊的峰A稱為全能峰。這一脈沖