实验一 nai(tl)单晶γ闪烁谱仪

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1、实验一NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪一．实验目的1.了解闪烁探测器的结构、原理。2.掌握NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪的几个性能指标和测试方法。3.了解核电子学仪器的数据采集、记录方法和数据处理原理。二．实验内容1.学会NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪整套装置的操作、调整和使用，调试一台谱仪至正常工作状态。2.测量137Cs、60Co的γ能谱，求出能量分辨率、峰康比、线性等各项指标，并分析谱形。3.了解多道脉冲幅度分析器在NaI(Tl)单晶γ谱测量中的数据采集及其基本功能。4.数据处理（包括对谱形进行光滑、寻峰，曲线拟合等）。三．原理1NaI(Tl)闪烁探测器①概述核辐射与某些物质

2、相互作用会使其电离、激发而发射荧光，闪烁探测器就是利用这一特性来工作的。下图是闪烁探测器组成的示意图。首先简要介绍一下闪烁探测器的基本组成部分和工作过程。闪烁探测器有闪烁体、光电倍增管和相应的电子仪器三个主要部分组成。上图中探测器最前端是一个对射线灵敏并能产生闪烁光的闪烁体，当射线(如γ、b)进入闪烁体时，在某一地点产生次级电子，它使闪烁体分子电离和激发，退激时发出大量光子(一般光谱范围从可见光到紫外光，并且光子向四面八方发射出去)。在闪烁体周围包以反射物质，使光子集中向光电倍增管方向射出去。光电倍增管是一个电真空器件，由光阴极、若干个打拿极和阳极组成；通过高压电源和分压电

3、阻使阳极、各打拿极和阴极间建立从高到低的电位分布。当闪烁光子入射到光阴极上，由于光电效应就会产生光电子，这些光电子受极间电场加速和聚焦，在各级打拿极上发生倍增(一个光电子最终可产生104~109个电子)-7-，最后被阳极收集。大量电子会在阳极负载上建立起电信号，通常为电流脉冲或电压脉冲，然后通过起阻抗匹配作用的射极跟随器，由电缆将信号传输到电子学仪器中去。实用时常将闪烁体、光电倍增管、分压器及射极跟随器安装在一个暗盒中，统称探头；探头中有时在光电倍增管周围包以起磁屏蔽作用的屏蔽筒(如本实验装置)，以减弱环境中磁场的影响；电子仪器的组成单元则根据闪烁探测器的用途而异，常用的有

4、高、低压电源，线性放大器，单道或多道脉冲分析器等。归结起来，闪烁探测器的工作可分为五个相互联系的过程：1)射线进入闪烁体，与之发生相互作用，闪烁体吸收带电粒子能量而使原子、分子电离和激发；2)受激原子、分子退激时发射荧光光子；3)利用反射物和光导将闪烁光子尽可能多地收集到光电倍增管的光阴极上，由于光电效应，光子在光阴极上击出光电子；4)光电子在光电倍增管中倍增，数量由一个增加到104~109个，电子流在阳极负载上产生电信号；5)此信号由电子仪器记录和分析。②NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪的主要指标：1)能量分辨率：由于单能带电粒子在闪烁体内损失能量引起的闪烁发光所放出的荧光光

5、子数有统计涨落；一定数量的荧光光子打在光电倍增管光阴极上产生的光电子数目有统计涨落。这就使同一能量的粒子产生的脉冲幅度不是同一大小而近似为高斯分布。能量分辨率的定义是：（1—1）由于脉冲幅度与能量有线性关系,并且脉冲幅度与多道道数成正比，故又可以写为（1—2）ΔCH为记数率极大值一半处的宽度（或称半宽度），记作FWHM（FullWidthathalfmaximum）。CH为记数率极大处的脉冲幅度。显然谱仪能量分辨率的数值越小，仪器分辨不同的能量的本领就越高。而且可以证明能量分辨率和入射粒子能量有关。（1—3）通常NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪的能量分辨率以137CS的0.66

6、1MeV单能Υ射线为标准，它的值一般是10%左右，最好可达6~7%。2）线性能量的线性就是指输出的脉冲幅度与带电粒子的能量是否有线性关系，以及线性范围的大小。-7-NaI(Tl)单晶的荧光输出在150KeV

7、所示。用最小二乘法进行线性回归，线性度一般在0.99以上。对于未知能量的放射源，由谱仪测出脉冲幅度后，利用这种曲线就可以求出射线的能量。3）谱仪的稳定性：谱仪的能量分辨率，线性的正常与否与谱仪的稳定性有关。因此在测量过程中，要求谱仪始终能正常的工作，如高压电源，放大器的放大倍数，和单道脉冲分析器的甑别阈和道宽。如果谱仪不稳定则会使光电峰的位置变化或峰形畸变。在测量过程中经常要对137Cs的峰位，以验证测量数据的可靠性。为避免电子仪器随温度变化的影响，在测量前仪器必须预热半小时。2．单道脉冲幅度分析器和多道脉冲幅度分