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《γ射线的吸收与物质吸收系数的测定》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、材料物理08-1XX同组者:XXX指导老师:XXX实验日期:2010年04月11号实验9-3γ射线的吸收与物质吸收系数的测定测量物质对γ射线的吸收规律,不仅有助于了解γ射线与物质的相互作用机理,而且,作为一种重要的实验方法,在许多科学领域都发挥着巨大的作用。例如,为了有效地屏蔽γ辐射,需要根据物质对γ射线的吸收规律来选择合适的材料及厚度,反之,利用物质对γ射线的吸收规律可以进行探伤及测厚等。【实验目的】1、进一步认识γ射线与物质相互作用的规律。2、测量不同能量的窄束γ射线在不同物质中的吸收系数。【实验原理】γ射线与物质发生作用时,主要有三种效应:光电效应、康普顿效应和电子对效应。对于低能γ
2、射线,与物质的作用以光电效应为主,如果γ射线能量接近1MeV,康普顿效应将占主导地位,而当γ射线能量超过1.02MeV时,就有可能产生电子对效应。准直成平行束的γ射线,通常称为窄束γ射线。单能的窄束γ射线在穿过物质时,由于上述三种效应,其强度会减弱,这种现象称为γ射线的吸收。γ射线强度的衰减服从指数规律,即(9-3-1)其中I0和I分别是穿过吸收物质前、后的γ射线强度,x是γ射线穿过吸收物质的厚度(单位为㎝),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原子数,μ是吸收物质的线性吸收系数(,单位为㎝-1)。显然μ的大小反映了吸收物质吸收γ射线能力的大小。需要注意的是,
3、由于γ射线与吸收物质相互作用的三种效应的截面都是随入射γ射线的能量和吸收物质的原子序数Z而变化,所以线性吸收系数μ是吸收物质的原子序数Z和γ射线能量的函数。考虑到σr是光电、康普顿、电子对三种效应截面之和,那么线性吸收系数μ就可以表示为(9-3-2)式中、、分别为光电、康普顿、电了对效应的线性吸收系数,且(9-3-3)从中可以看出线性吸收系数μ与吸收物质的原子序数Z之间的复杂关系。对于线性吸收系数μ与γ射线能量之间的关系也比较复杂,并且随吸收物质的不同而存在显著差别。图9-3-1给出了铅、锡、铜、铝对γ射线的线性吸收系数μ与γ射线能量之间的关系曲线。图9-3-1铅、锡、铜、铝对γ射线的吸收
4、系数和能量的关系实际工作中常用质量吸收系数表示物质对γ射线的线性吸收系数μ,与μ的关系为(9-3-4)其中ρ是吸收物质的密度(单位为)。用表示的γ射线强度的指数衰减规律为(9-3-5)式中的为吸收物质的质量厚度,单位为。因为(9-3-6)其中NA是阿佛加德罗常数,A是原子量数。所以质量吸收系数与吸收物质的密度及物理状态无关,在实际应用上也就更为方便。在相同实验条件下,由于某一时刻的计数率n总是与该时刻的γ射线强度I成正比,所以(9-3-5)式也可以表示为(9-3-7)对两边同时取对数,得(9-3-8)显然,与具有线性关系,如图9-3-2所示。图9-3-2—曲线有时,物质对γ射线的吸收能力也
5、用“半吸收厚度”表示,它是指使入射的γ射线强度减弱到一半时的吸收物质厚度,记作,在量值上为(9-3-9)显然,也是吸收物质的原子序数Z和γ射线能量的函数。利用半吸收厚度,可以粗略估计γ射线的能量。【实验装置与器材】实验装置如图9-3-3所示,包括137Cs和60Coγ放射源、NaI(Tl)闪烁探测器、多道脉冲幅度分析器(含多道分析软件,其操作方法请阅读仪器使用说明书)、计算机,以及多个铅吸收片和铝吸收片等。图9-3-3γ射线的吸收测量装置由于实验中采用NaI(Tl)闪烁探测器,配合多道脉冲幅度分析器进行测量,在计算机上显示的是γ射线的全能谱,考虑到本底、计数统计涨落及光标定位不准的影响,所
6、以无法直接准确得到某一能量γ射线在某一时刻的计数率,比较好的解决办法是,在相同实验条件下(放射源与探测器的位置不变,探测器工作电压和放大倍数不变,并保证相同的测量时间),首先获得不同吸收厚度下的γ射线全能谱,然后计算所选光电峰的净面积A(多道分析软件中包含此功能),以此替代前述公式中的n或I。净面积的计算方法有三种,分别是TPA算法、Covell算法和Wasson算法,如图9-3-4所示。这些算法中,TPA算法比较简单,准确度也较高,因此在手工计算时,建议采用这种算法,具体做法请阅读相关资料。图9-3-4净面积算法示意图【实验内容】1、阅读仪器使用说明,掌握仪器及多道分析软件的使用方法。2
7、、仪器开机并调整好工作电压(700~750V)和放大倍数后,预热30分钟左右。3、在多道分析软件中调整预置时间为600s。4、用一组铝吸收片测量对137Cs的γ射线(取0.662MeV光电峰)的吸收曲线,并用最小二法原理拟合求质量吸收系数。根据铝的密度()求线性吸收系数,与理论值(0.194㎝-1)比较,求相对不确定度。计算半吸收厚度。5、用一组铅吸收片测量对137Cs的γ射线(取0.662MeV光电峰)的吸收曲线,并用
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