近代物理实验2-3 符合测量

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1、符合测量方啸（南开大学物理科学学院，天津300071）【摘要】本文介绍了符合测量的基本概念和原理，并阐述了符合测量分辨时间的测量方法。之后作者通过设计实验和分析数据测量了60Co的γ射线符合计数率，并求出了放射源的活度。【关键字】符合测量放射源活度γ射线分辨时间1.引言符合计数法(coincidencecountingmethod)是德国科学家博特(Bothe)提出的，是在盖革计数器的基础上发展起来的，所做的革新是利用两个计数管，使得只有电离碰撞在两个计数管中同时发生时，这两个计数管才会计数。根据具体的实验要求，符合测量可分为挑选同时发生的时间(符合法)，排除伴随有另一事件的事件

2、(反符合法)，挑选相隔某一定时间间隔的事件(延迟符合)等几种。[1]本文第二部分介绍符合测量的基本概念。第三部分介绍了测量60Co放射源(见图1)活度的原理。第四和第五部分分别介绍符合电路的工作原理和分辨时间的确定。2.符合测量方法简介图160Co的衰变图•符合事件：两个或两个以上同时的关联事件。•符合测量技术：利用符合电路来甄别符合事件在不同探测器的输出脉冲，从中把有符合事件选择出来。•符合电路：由逻辑门来控制，对于符合门，当两个输入端同时有正脉冲时，符合门打开有脉冲输出，否则没有脉冲输出。•符合分辨时间：符合装置具有一定的时间分辨能力，符合装置所能够区分的最小时间间隔，大小与

3、输入脉冲的形状、持续时间、符合电路的性能有关。•偶然符合：大量的独立事件来说，两个探测器的输出信号同时发生在符合分辨时间内，这时符合电路也输出符合脉冲，但这两个事件不是符合事件。•符合测量系统关键参数：符合分辨时间符合测量在本次试验中应用在60Co的级联衰变中(见图1)，它先放出一个β粒子成为60Ni的激发态，再由激发态退激放出两个γ粒子γ1、γ2。因为60Ni的两个激发态的平均寿命均十分短(分别约为10－20s和7×10－13s)，如果β粒子和γ1光子分别进人两个探测器，再把两个探测器输出的脉冲引到符合电路时，一般的符合电路不能区分这么短的时间差，则可认为β和γ1是一对符合事件

4、。同理，γ1和γ2也认为是一对符合事件。这样，符合电路便可输出一个符合脉冲。(见图2)图2符合事件的测量符合脉冲的输出见图3。图3符合脉冲输出示意图1.60Co活度测量原理放射源的活度为单位时间内的衰变数。用单个计数器测量的活度，在测得计数率后要乘上立体角、探测效率等修正因子。在满足一定条件时，用符合方法，可使测量的结果与这些因子无关，使结果准确；60Co衰变发射的β射线和两种γ射线可以认为是同步产生的，用两个γ探测器来探测γ1和γ2。两个γ探测器对放射源的立体角为Ω1和Ω2，其探测效率分别为ε1和ε2。单位时间有N0个60Co核衰变，即同时发射出N0个β粒子和射出N0个γ1和γ

5、2粒子。γ1和γ2粒子引起的探测器的计数率为(2)(3)总的符合计数率为(4)由上述两式得到(5)其中N0即为个60Co放射源的活度。然而上述计算的基础是理想情况，实际中有较多的偶然符合的事例存在，所以对于上述计算公式必须做出修正；由于在输出的符合事例中只有很少一部分为符合试验要求的“符合事例”，可以近似认为是N1和N2时间上无关的事件；偶然符合计数率满足(6)上式与前式相比即得(7)一般希望,则有(8)可见要对上述的测量值做出修正，关键在于测出符合系统装置的分辨时间。2.符合系统分辨时间的测量利用测量符合分辨曲线的方法测量系统分辨时间具体测量方法简介在图4中，用脉冲发生器作脉冲

6、信号源，人为地改变两个输入道的相对延迟时间td，即固定第I道的脉冲，调节第II道的延迟旋钮，使第II道脉冲自左向右与第I道脉冲发生符合。得到的符合计数率随延迟时间的td分布曲线，称为延迟符合曲线，如图5。通常以该曲线的半高宽来定义符合分辨时间，其大小为，这里的称为物理分辨时间。在慢符合()情况下，。图4符合脉冲输出示意图图5瞬时延迟符合曲线关于粒子计数器的本底问题在实验中开始测量之前，粒子计数器就会有一些基本的读数，这是由于散漫于宇宙中的宇宙线在计数器上引起的反应。所以实验之前要先记录下本底的数据，在实验数据中将本底扣除之后再做计算。综合综合以上的本底和影响很大的偶然符合事例，我

7、们在计算放射源的活度时，利用的还是(5)式:只是所用的所有数据首先都应该是扣除本底的，而式中的Nc(即为符合计数率)应该是实验所测减去我们利用符合分辨时间计算出来的偶然符合计数率之后的值。1.实验设计（1）符合系统的测试（2）测放射源60Co的活度2.数据分析实验（1）没有放射源时，在成形时间分别为500ns和1000ns的情况下，改变延迟时间从2μs到8μs。电压为600V。数据见表1，做出的符合分辨曲线见图6。实验（2）有放射源60Co时，在成形时间分别为500ns和1000