物质衰减系数测量实验

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1、物质衰减系数测量实验【作者】周朝健（08180139）·物理081【摘要】利用CD5O-BGA+型CT教学实验仪对钢质台阶形测试试件扫描，获得的γ射线穿透物质前后的强度数据，用最小二乘法对数据进行处理，并拟合出射线穿透前后强度之比的对数与射线穿透距离图线。根据射线穿透物质时的衰减规律，由图线斜率确定这种钢的衰减系数。【关键词】γ射线、物质衰减系数、CT扫描【正文】γ射线是原子核能级跃迁蜕变时释放出的射线，具有极强的穿透本领。当γ射线穿过物质时，会与物质发生作用，其强度会减弱。不同物质对γ射线的削弱程度不同。本次

2、实验将具体测量钢的衰减系数。朗伯-比尔定律可知（1）对该式取对数可得（2）从上式可以看出，物质的厚度d与成线性关系，其系数就是物质衰减系数。由此我们想到可以通过实验测得射线穿过不同厚度的物质之后的强度变化数据，做出对应图线，通过求解图线斜率来求得物质的衰减系数。但是实验测量往往存在误差，使得结果无法形成一条真正的直线。所以在此法基础之上，我们还需利用最小二乘法对实验数据进行拟合，来求得物质衰减系数。由于对厚度的测量的误差比较小，所以认为厚度值是准确的。根据最小二乘法原理，即偏差平方和最小，可得，（3）即（4）其

3、中k就等于物质的衰减系数μ。本次实验利用的仪器是CD5O-BGA+型CT教学实验仪。该仪器由核源、扫描台、接收区和控制台组成。核源由具有一定厚度的防护罩盖住，并配备安全的开启设施，起到保护作用。扫描台用来放置被扫描物体。通过控制台，使用者可以手动或自动对其下达平动、转动等指令，协助CT扫描的准备和进行。接收区接到从核源发出穿透被扫描物体而来的γ射线后，可以将其转化为电信号，并将射线强度数据反映在控制台。控制台是整个仪器运作的核心，它控制并监视整个扫描过程，并输出扫描结果。通过控制台，我们可以对扫描结果进行处理，

4、比如输出扫描数据或对扫描结果进行图像重建、图像处理等等。本次实验研究的是钢制的衰减系数，采用钢制台阶形的测试物件。这样做的好处是大大减少了扫描次数，因为通过一次扫描，我们就可以获得γ射线穿过不同厚度的实验材料后强度的衰减情况。不但节省了时间，而且增加了实验数据的可比性。实验开始时，先打开CT扫描仪电源。然后放置钢制台阶形测试物件，放置时注意观察工件上的激光光斑是否停留在三分之一处，若不是，调节载物台高度，改变光斑位置。高度调整完毕后，检查工件，使其阶梯与仪器接收端面平行。工件放置完毕之后，用钥匙启动核源，打开计

5、算机上的控制软件，设置扫描方式为“物质衰减系数测量”，采样时间设为4.0秒，测试材料设为铁，然后点击扫描，仪器开始工作。重复测量三次，实验结束之后，按下核源防护罩上的红色按钮，关闭射线窗口。具体数据见附录。经处理后得到数据见下表：d48121620μ平均值ln(I0/Ii)(1)0.190.420.640.881.10.05230.052775(2)0.210.430.660.891.080.0523(3)0.220.440.660.91.120.0536(4)0.20.420.650.91.10.0529表1

6、物质衰减系数测量结果通过本次实验，我们复习了CD5O-BGA+型CT教学实验仪的使用，练习了运用最小二乘法拟合实验图线。本次实验的特点是实验数据量比较大，因此在数据处理上要借助一些数据处理软件，这也给了我们复习曾经学过的Excel、Matlab等软件的机会。另外，本次实验涉及核源的使用，因此，进行实验时，我们十分注意安全问题，保证身体不暴露在射线之下。实验完毕之后，及时关闭核源窗，保护实验人员安全。附录：IiI0I0/Iiln(I0/Ii)ddi·ln(I0/Ii)457356461.23463809320.2

7、107778851640.84311154062465556461.21288936630.193005419140.77202167641460556461.22605863190.2038046601240.8152186405469156461.20358132590.1853015504840.74120620194456356461.23734385270.2129670278940.85186811154453256461.24580759050.2197839866740.879135946664

8、53556461.2449834620.2191222462640.87648898506456856461.23598949210.2118718574840.84748742991461556461.22340195020.2016354618840.80654184751459156461.22979742980.2068494645640.8273978582646165646