γ射线能谱的测量与吸收系数的测定

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1、γ射线能谱的测量及物质吸收系数的测定物理082班叶品昭08180236【摘要】本实验是用Nal(Tl)闪烁谱仪来测量Co和Cs元素所发出来γ射线能谱分布规律与窄束射线在在Pb、Al中的吸收规律。通过实验了解NaI(T)闪烁谱仪原理，特性与结构，掌握NaI(T)闪烁谱仪的使用方法。并通过对γ射线能谱与物质吸收系数的测量，加深对γ射线与物质相互作用的理解以及在现实生活中的一些重要意义。【关键词】能谱γ射线γ闪烁谱仪吸收系数【引言】某些物质的原子核能发生衰变，会放出射线，核辐射主要有α、β、γ三种射线。γ

2、射线是由原子核由高能级向低能级跃迁时产生的一种辐射。它是一种波长极短的电磁波，其能量由原子核跃迁前后的能级差来表示即：射线与物质发生相互作用则产生次级电子或能量较低的射线，将射线的次级电子按不同能量分别进行强度测量，从而得到辐射强度按能量的分布，即为“能谱”。α、β、γ三种射线我们可以通过不同的实验仪器能够探测到这些肉眼无法看见的射线。同时由于射线与物质相互作用，导致射线通过一定厚度物质后，能量或强度有一定的减弱，称为物质对射线的吸收。研究物质对射线的吸收规律，不同物质的吸收性能等，在防护核辐射、核

3、技术应用和材料科学等许多领域都有重要意义。本实验主要用到了用Nal(Tl)闪烁谱仪，它的主要优点是即能测量各种类型的带电粒子，又能探测中性粒子，即能测量粒子强度，又能测量粒子能量，并且探测效率高。【正文】一、实验原理A、γ射线能谱的测量闪烁γ能谱仪正是利用γ光子与闪烁体相互作用时产生次级带电粒子，进而由次级带电粒子引起闪烁体发射荧光光子，通过这些荧光光子的数目来推出次级带电粒子的能量，再推出γ光子的能量，以达到测量γ射线能谱的目的。γ闪烁谱仪内部含有闪烁体，而闪烁体在带电粒子作用下被激发或电离后，能

4、发射荧光，可以把射线的能量转变成光能。γ射线与物质的相互作用主要是光电效应、康普顿散射和正、负电子对产生这三种过程，γ光子与物质相遇时，通过与物质原子发生光电效应、康普顿效应或电子对效应而损失能量，其结果是产生次级带电粒子，如光电子、反冲电子或正负电子对。次级带电粒子的能量与入射γ光子的能量直接相关，因此，可通过测量次级带电粒子的能量求得γ光子的能量。闪烁γ能谱仪可测得γ能谱的形状，图1就是典型的γ射线能谱图。图的纵轴代表单位时间内的脉冲数目即射线强度，横轴代表脉冲幅度即反映粒子的能量值。从能谱图上

5、看，有几个较为明显的峰，光电峰，又称全能峰，其能量就对应γ射线的能量。实验过程中要保证最终的峰值与图中A峰的CH（道数）尽量的接近，这样测得的结果才有实验价值。B、物质吸收系数μ的测定本实验研究的主要是窄束γ射线在物质中的吸收规律。所谓窄束γ射线是指不包括散射成份的射线束，通过吸收片后的γ光子，仅由未经相互作用或称为未经碰撞的光子所组成。窄束γ射线在穿过物质时，由于上述三种效应，其强度就会减弱，这种现象称为γ射线的吸收。γ射线强度随物质厚度的衰减服从指数规律，即其中，I0、I分别是穿过物质前、后的γ

6、射线强度，x是γ射线穿过的物质的厚度（单位cm），σr是光电、康普顿、电子对三种效应截面之和，N是吸收物质单位体积中的原子数，μ是物质的线性吸收系数（μ=σrN，单位为cm）。显然μ的大小反映了物质吸收γ射线能力的大小。实际工作中常用质量厚度Rm（g/cm2）来表示吸收体厚度，以消除密度的影响。因此上式可表达为由于在相同的实验条件下，某一时刻的计数率N总与该时刻的γ射线强度I成正比，又对上式取对数得：由此可见，如果将吸收曲线在半对数坐标纸上作图，将得出一条直线，如右图所示。可以从这条直线的斜率求出，

7、即除吸收系数外，物质对g射线的吸收能力也经常用“半吸收厚度”表示。所谓“半吸收厚度”就是使入射的g射线强度减弱到一半时的吸收物质的厚度，记作：三．实验装置实验器材包括：①γ放射源137Cs和60Co(强度≈1.5微居里)；②200mmAl窗NaI(Tl)闪烁探头；③高压电源、放大器、多道脉冲幅度分析器。④Pb、Al吸收片各4片。四、实验步骤：A、γ射线能谱的测量1、取出放射源137Cs和60Co，开机预热二十分钟；把放射源137Cs放在先将放射源放入实验谱仪中适当的位置，调节放大倍数为0.3，调节高

8、压是谱线中的全能峰尽量靠近160道（60Co为320道）设置采集时间为300s（60Co为500s）。转动实验谱仪上的手柄，使闪烁体的位置对准放射源，使射线能够刚好入射进入闪烁体。2、分别测137Cs的全能谱并分析谱形。利用多道数据处理软件对所测得的谱形进行数处理，寻峰，半宽度记录，净面积记录，能量刻度，能量分辨率等数据。3、改变探测器的位置，重复上述步骤对137Cs进行3次采集。4、把137Cs换成60Co，重复以上步骤；4、在得到的6组能谱中选取137Cs和60C