γ射线能谱的测量与物质吸收系数μ的测定1

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1、γ射线能谱的测量与物质吸收系数μ的测定物理082班李春宇08180240摘要：本实验用Nal(Tl)闪烁谱仪来测量Co和Cs元素所发出来射线能谱图，并比较这两幅图可知Cs元素所发出射线的强度比Co强，换句话说不同物质所发出来的能谱是不一样的。再利用Nal(Tl)闪烁谱仪来测定射线的吸收与物质吸收系数，本实验主要是研究了同一放射源Cs不同物质不同厚度的吸收系数。关键词：射线  能谱图  吸收系数引言：原子核由高能级向低能级跃迁时会辐射射线，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

2、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”。测量能谱的装置称为“能谱仪”。　闪烁探测器是利用带电粒子或非带电粒子与某些物质的相互作用下转化成为带电粒子对物质原子的激发，从而会产生发光效应的特性来测量射线的仪器。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。一、实验目的1、了解闪烁探测器的结构、原理；2、掌握Nal（T1）单晶γ闪烁谱仪的几个性能指标和测试方法；3、了解和电子学仪器的数据采集、记录方法和数据处理原理；4、了解γ射线与物质相互作用的特性；5、了解窄束γ射线在物质中的吸

3、收规律及测量其在不同物质中的吸收系数。二、实验原理A、γ射线能谱的测量某些物质的原子核能发生衰变，放出我们肉眼看不见也感觉不到的射线，核辐射主要有α、β、γ三种射线。我们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。本实验使用的是γ闪烁谱仪。γ闪烁谱仪内部含有闪烁体，可以把射线的能量转变成光能。实验中采用含TI（铊）的NaI晶体作γ射线的探测器。由原子物理学中可知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，最终实现了能谱图样的输出如下：图中的横坐标CH表示道数，与能量成正比，纵坐标表示强度，也就是射线的密集程度，与计数成正比。显然多

4、于实验产生了多个峰值，但是B/C/D这三个峰值的能量比较低，不适合我们记录，为了能够同时获得高能量以及大密集度的峰值我们选取最右端的峰值，也就是A峰。这个峰我们又把它称为全能峰。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。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、核技术应用和材料科学等许多领域都有重要意义。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

5、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（1）其中，I0、I分别是穿过物质前、后的γ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（1）式可表达为（2）由于在相同的

6、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（2）式取对数得：（3）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，即（4）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：（5）三、实验步骤：相对论效应实验谱仪res-02型出厂编号0441放大器型号rs232A、γ射线能谱的测量1、取出放射源Cs和Co，开机预热二十分钟；把放射源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，调节高压。转动实验谱仪上的手柄，使闪烁体的位置对

7、准放射源，使射线能够刚好入射进入闪烁体。2、分别测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、把换成60Co，重复以上步骤；4、然后将实验所得图像保留并打印；5、关闭RS能偶仪的时候要先把仪器上的调节开关全部打到0档，并把数据调到0再关闭仪器的电源。B、物质吸收系数μ的测定1、打开电源，预热二十分钟，调整合适的电压（700-900V左右）2、取出放射源Cs，放到装置上去；调整实验装置，使放射源、准直孔、闪烁探测器的中心位于一条直线上；3、在闪烁