实验报告γ射线能谱测定及γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定

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1、γ射线能谱测定以及γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定实验报告摘要原子核的能级跃迁可以产生伽马射线，通过测量γ射线的能量分布，可确定原子核激发态的能级，这对于放射性分析，同位素应用及鉴定核素等都有重要意义。同时通过学习了解伽马射线与物质相互作用的特性,测定窄束γ射线在不同物质中的吸收系数。本实验通过使用伽马闪烁谱仪测定不同的放射源的γ射线能谱；根据当γ光子穿过吸收物质时，通过与物质原子发生光电效应、康普顿效应和电子对效应损失能量。闪烁体分子电离和激发，退激时发出大量光子，闪烁光子入射到光阴极上，光电效应产生光电子，电子会在阳极负载上建立起电信

2、号等原理，对γ射线进行研究。γ射线，又称γ粒子流，是原子核能级跃迁蜕变时释放出的射线，波长短于0.2埃的电磁波，具有很强的穿透性。本实验将γ射线的次级电子按不同能量分别进行强度测量，通过电子学仪器得到它的能谱图。实验中使用NaI单晶γ闪烁谱仪对γ的能谱进行测定。最后得到γ射线在160道数及320道数位置的一些相关数据。在这些位置它的数量和能量的值都比较合适，有一定数量，又有一定的穿透能力。实验中将了解NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪是如何测量γ射线的能谱，NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪的结构、原理与特性；掌握NaI(Tl)单晶γ闪烁谱仪整套装置的

3、操作、调整和使用方法。并通过对137Cs和60Co放射源γ能谱的测量，加深对γ射线与物质相互作用的理解以及通过该实验了解多道脉冲幅度分析器在NaI(Tl)单晶γ谱测量中的数据采集及其基本功能。在第一个实验的基础上，采用NaI闪烁谱仪测全能峰的方法测量137Cs的γ射线在铅、铝材料中的吸收系数。并且通过实验对核试验安全防护的重要性有初步的认识。关键词γ射线吸收系数60Co、137Cs放射源能谱NaI单晶γ闪烁谱仪多道分析器引言γ射线首先由法国科学家P.V.维拉德发现，γ射线是光子，是由原子核的衰变产生的，当原子核从激发态跃迁到较低能态或基态时

4、，就有可能辐射出γ射线。γ射线强度按能量分布即为γ射线能谱。测量γ能谱最常用的仪器是闪烁γ能谱仪。某些物质的原子核能发生衰变，会放出射线，核辐射主要有α、β、γ三种射线。我们可以通过不同的实验仪器能够探测到这些肉眼无法看见的射线。同时由于射线与物质相互作用，导致射线通过一定厚度物质后，能量或强度有一定的减弱，称为物质对射线的吸收。γ跃迁可定义为一个核由激发态到较低的激发态、而原子序数Z和质数A均保持不变的退激发过程。本实验中，我们通过仪器测量不同物质对射线的吸收规律来探测伽马射线。正文实验方法γ射线能谱测定Na(Tl)闪烁探测器1.闪烁体:

5、把射线的能量转变成光能的，入射线的能量越大，在闪烁体内损失能量越多，闪烁体的发光强度也越大。2.光电倍增管: 光子打到光阴极上时，发生光电效应，打出的光电子被反复加速、增值在阳极上就收集到大量的电子，在负载上形成一个电压脉冲。3.射极跟随器：安置在探头内部,减少外界干扰的影响，同时使之与线性放大器输入端实现阻抗匹配。4.线性放大器：放大倍数能在10～1000倍范围内变化,可使入射粒子的能量变化范围很大。从原子核中发射出来的γ射线有不同的能量，在与物质相互作用的时候可能产生三种效应：光电效应、康普顿效应和电子对效应，均会产生次级电子，NaI（

6、T1）单晶γ闪烁谱仪利用这些次级电子激发电离闪烁体分子，当闪烁分子退激发时会放出大量的光子照射在光阴极上产生光电子，这些光电子经过倍增管放大而产生可探测的电信号并通过电子仪器的记录得到γ射线能谱。经过闪烁探测器后得到的电信号为电压脉冲信号，其幅值与入射的γ射线的能量成正比，信号脉冲的个数正比于γ射线的强度。能谱图中，横坐标CH表示道数，与能量成正比，纵坐标表示强度（射线的密集程度），与计数成正比。γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定窄束γ射线在穿过物质时被吸收，强度随物质厚度的衰减服从指数规律，即I0、I分别是穿过物质前、后的γ射线强度，x是

7、γ射线穿过的物质的厚度（单位cm），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的原子数，μ是物质的线性吸收系数。μ是物质的原子序数Z和γ射线能量的函数，且：式中、、分别为光电、康普顿、电子对效应的线性吸收系数；其中：、、（Z为物质的原子序数）。γ射线与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Eg和吸收物质的原子序数Z而改变。γ射线的线性吸收系数μ是三种效应的线性吸收系数之和。实际工作中常用质量厚度Rm（g/cm2）来表示吸收体厚度，以消除密度的影响。由于在相同的实验条件下，某一时刻的计数率N总与该时刻的g射

8、线强度I成正比，如果将吸收曲线在半对数坐标纸上作图，将得出一条直线。可以从这条直线的斜率求出，即实验步骤γ射线能谱测定1.连接仪器，使各部分中心位于一条直线上，调整工作电压在70