s6e闪烁谱仪及射线能谱的测量

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1、近代物理实验预习报告一闪烁谱仪及射线能谱的测量鲁斌物理082班08180219fgg摘要本文介绍了闪烁谱仪的工作原理及射线能谱的测量的基本方法，并详细阐述了单道脉冲幅度分析器和g多道脉冲幅度分析器的工作原理。本实验要求我们通过实验学会NaI（Tl）γ单晶体闪烁体整套装置的操作、调整和使用，并测量137Cs、60Co的γ能谱并求出能量的分辨率、峰康比、线性等各项指标，并做出谱仪的能量刻度曲线。关键词闪烁谱仪射线能谱脉冲幅度分析器引言　放射性物质含有许多不稳定原子。这些原子在核衰变时辐射出、、射线和中子流等

2、，并且具有一定的能量。射线是原子核从激发态跃迁到低能态或基态时所产生的一种辐射。在放射性测量工作中,对γ射线的测量是一个非常重要的组成部分,对γ射线的测量通常有强度测量和能谱测量两种方式。闪烁谱仪是一种常用的对γ射线进行能谱测量的谱仪,它与高纯锗γ谱仪相比具有探测效率高,晶体便于加工成各种形状,价格便宜等特点,因而在环境测量、工业在线检测以及监测等方面有着广泛的应用。正文一、NaI(Tl)闪烁谱仪系统典型的NaI(Tl)闪烁谱仪由NaI(Tl)闪烁探头、放大器、高压电源、低压电源、多道脉冲幅度分析器、计

3、算机等部分组成,其中NaI(Tl)闪烁探头包括NaI(Tl)闪烁晶体、光电倍增管、分压器、电压灵敏前置放大器(如图1所示).仪器示意图如图二所示。当γ射线与NaI(Tl)闪烁晶体作用后,NaI(Tl)闪烁晶体发出光子,光子入射到光电倍增管的光阴极后打出光电子,光电子经聚集后射向倍增极,经各个倍增极倍增后的电子到阳极收集而形成电压脉冲,该电压脉冲经过放大器放大送入多道脉冲幅度分析器分析,再经过一个多道接口板与计算机连接.闪烁谱仪及射线能谱的测量近代物理实验预习报告一计算机通过专用多道软件可以实现把所测量的

4、谱数据进行谱数据输入、谱数据处理、谱数据输出等操作.图2NaI（Tl）γ闪烁谱仪器示意图二、闪烁能谱仪原理闪烁能谱仪是利用射线与物质的相互作用时，产生的闪烁荧光现象来测量能谱，依据能谱曲线推算射线能量。1.射线与物质相互作用射线与物质的相互作用主要有三种：光电效应、康普顿散射和电子对效应。光电效应：入射粒子把能量全部转移给原子中的束缚电子，光子本身消失而把束缚电子打出来形成光电子这个过程称为光电效应。这个光电子的动能为：闪烁谱仪及射线能谱的测量近代物理实验预习报告一其中为逸出功，远小于光子能量（）。因此

5、光电子的动能近似认为等于光子能量。康普顿散射：核外自由电子与入射射线发生康普顿散射。根据动量守恒的要求，散射与入射只能发生在一个平面内。设入射光子能量为，散射光子能量为′，康普顿散射后散射光子能量与散射角θ的关系为：式中，即为入射射线能量与电子静止质量所对应的能量之比。当时，这时，即不发生散射；当时，散射光子能量最小为，这时康普顿电子的能量最大为。 正、负电子对效应 当射线能量超过以后，光子受原子核或电子的库仑场的作用可能转化成正、负电子对,称为电子对效应。此时光子能量可表示为两个电子的动能，如其中，。

6、转化几率随光子的能量的增加而增大。但是当光子的能量小于时，闪烁晶体中产生正负电子对的几率非常小。2.射线能谱图由的衰变可知只放出单一能量的射线（）。因此能量小于正、负电子对的产生阈，所以的射线与NaI(TI)晶体的相互作用只有光电效应和康普顿散射两个过程。又由于谱仪存在一定的能量分辨率，实际测的能谱相对于图4中单线存在一定的能量宽度，形状如图。闪烁谱仪及射线能谱的测量近代物理实验预习报告一NaI(TI)单晶闪烁谱仪测量的137Cs能谱图A峰又称光电峰，这一幅度直接反映射线的能量0.662MeV。有时康普

7、顿散射产生的散射光子若未逸出晶体，仍然为NaI(Tl)晶体所吸收，也即通过光电效应把散射光子的能量转换成光电子能量，而这个光电子也将对输出脉冲作贡献。由于上述整个过程是在很短时间内完成的，这个时间比探测器形成一个脉冲所需的时间短得多，所以先产生的康普顿电子和后产生的光电子，二者对输出脉冲的贡献是叠加在一起形成一个脉冲。这个脉冲幅度所对应的能量，是这两个电子的能量之和，即，也就是入射射线的能量。所以这一过程所形成的脉冲将叠加在光电峰1上使之增高。平台状曲线B是康普顿效应的贡献，称为康普顿平台，其特征是散射

8、光子逃逸后留下一个能量从O到的连续的电子谱。峰C是反散射峰。由射线透过闪烁体射在光电倍增管的光阴极上发生康普顿反散射或射线在源及周围物质上发生康普顿反散射，而反散射光子进入闪烁体通过光电效应而被记录所致。这就构成反散射峰。返回的光子能量峰D是X射线峰，它是由137Ba的K层特征X射线贡献的，137Cs的β衰变体137Ba的0.662MeV激发态在放出内转换电子后造成K空位，外层电子跃迁后产生此X光子。闪烁能谱仪的结构闪烁探头，包括闪烁晶体N