β射线的吸收(338)

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1、中国石油大学近代物理实验实验报告成绩：班级：应用物理学09-2班姓名：王国强同组者：庄显丽教师：β射线的吸收【实验目的】1、了解β射线与物质相互作用的机理。2、学习测量β射线最大能量的方法。3、测量吸收物质对β射线的阻止本领。【实验原理】一、β衰变与β能谱的连续性放射性核素的原子核放射出β粒子而变为原子序数差1、质量数A相同的核素称为β衰变。β衰变时，在释放出高速运动电子的同时，还释放出中微子，两者分配能量的结果，使β射线具有连续的能量分布，如图9-4-1所示。以本实验所用的β源为例，其衰变图如图9-4-2所示。的半衰期为28.6年，它发射的β粒子最大能量为0.546MeV，衰变

2、后成为，的半衰期为64.1小时，它发射的β粒子最大能量为2.27MeV，衰变后成为，因而源在0至2.27MeV的范围内形成连续的能谱。图9-4-1β射线能谱图9-4-2源衰变图二、β射线与物质的相互作用β射线与物质相互作用时主要通过电离效应、辐射效应和多次散射等方式损失能量。β射线与物质原子核外电子发生非弹性碰撞，使原子激发或电离，因而损失其能量，此即电离能量损失。电离损失是β射线在物质中损失能量的主要方式。当β射线与物质原子核的库仑场相互作用时，其运动速度会发生很大变化。根据电磁理论，当带电粒子有加速度时，会辐射电磁波即轫致辐射，这就是辐射能量损失。此外，β射线也可以与物质原子

3、核发生弹性散射，不损失能量，只改变运动方向。因为β粒子的质量很小，所以散射的角度可以很大，而且会发生多次散射，最后偏离原来的方向，使入射方向上β射线强度减弱。当β射线穿过物质时，由于β射线与物质发生相互作用，使β射线强度减弱的现象称为β射线的吸收。三、β射线最大能量的测量8β射线的能量是连续分布的，对于确定的放射源，有确定的最大能量E0，因此，如果能够测量出β射线的最大能量E0，则可以判别放射性核素的种类，其为放射性测量的一项重要内容。常用的测量方法有吸收法和最大射程法两类。图9-4-3β吸收曲线实验表明，对于一束单能电子（如内转换电子）穿过吸收物质层时，其强度随吸收物质层厚度的

4、增加而减弱，并符合指数衰减规律。但由于β射线的能量不是单一的，而是连续分布的，所以β射线的吸收只是近似符合指数衰减规律，如图9-4-3所示。图中横轴为吸收物质的质量厚度，等于吸收物质层厚度x与物质密度ρ的乘积，单位采用。R0为有效射程，代表使β射线强度降为10-4的吸收物质层厚度，也采用作为单位。由于β射线与物质相互作用时会放生轫致辐射，并且放射性核素β衰变时还伴随有γ射线，所以在测量β射线的吸收曲线时，即使吸收物质层厚度已经超过β射线的最大射程（用R表示，代表β射线全部被吸收时的吸收物质层厚度），仍会测量到高于本底的计数，如图9-4-3中各曲线的尾部，从而导致测量最大射程的困难

5、，为此，在实际工作中通常是测量有效射程，来代替最大射程。有效射程不仅与吸收物质的性质有关，而且也与β射线的最大能量E0有关，对于铝吸收体，存在下述经验公式：当时，（9-4-1）当时，（9-4-2）假设β衰变过程中只放出一种β射线，如图9-4-3中（a）所示，吸收曲线可近似用下式表示（9-4-3）对两边取对数，得（9-4-4）8其中I0和I分别是穿过吸收物质前、后的β射线强度，是吸收物质的质量厚度，是吸收物质的质量吸收系数。由于在相同实验条件下，某一时刻的计数率n总是与该时刻的β射线强度I成正比，所以（9-4-3）式和（9-4-4）式也可以表示为（9-4-5）（9-4-6）显然，与

6、具有线性关系。在用NaI（Tl）闪烁能谱仪测量β射线能谱时，考虑到β射线的能量分布的连续性，其全谱计数率即为（9-4-5）式和（9-4-6）式中的n。同有效射程一样，也与吸收物质的性质及β射线的最大能量有关。对于铝吸收体，存在经验公式（9-4-7）这样，只要在实验过程中，通过测量β射线在一定吸收物质中的吸收曲线，在曲线上求取R0和，就可用（9-4-1）式、（9-4-2）式和（9-4-7）式估算出β射线的最大能量。四、吸收物质对β射线的阻止本领β射线在吸收物质中单位路径长度上损失的平均能量定义为吸收物质对β射线的阻止本领（简称阻止本领），记作，实际使用中，为了消除密度的影响，常用的

7、是质量阻止本领，即，其中ρ为吸收物质的密度。根据β射线与物质的相互作用，我们知道，在一般能量范围内（如），β射线在吸收物质中的能量损失主要来自于电离损失和辐射损失，因此总的阻止本领应为这两种能量损失所对应的碰撞阻止本领及辐射阻止本领之和。总的阻止本领的计算比较复杂，但可以通过实验，测量不同能量的单能电子在吸收物质中的能量损失，来求得这一物质在不同能量时的总的阻止本领。单能电子的获得可以通过横向半圆磁聚焦β谱仪分离β射线得到，实验中，只要改变NaI（Tl）闪烁探测器相对于横向半圆磁