nai(tl)单晶γ能谱地测量

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1、实用文案NaI（Tl）单晶γ能谱的测量一、实验目的1、加深对γ射线和物质相互作用的理解；2、掌握NaI(Tl)γ谱仪的原理及使用方法；3、学会测量分析γ能谱；4、学会测定γ谱仪的能量分辨率、线性、探测效率曲线；5、测定未知放射源的能量和活度。二、实验原理1、γ谱仪的组成图1γ谱仪的组成框图NaI(Tl)闪烁谱仪由NaI(Tl)闪烁探头（包括闪烁体、光电倍增管、前置放大器）、高压电源以及谱仪放大器、多道分析器、计算机等设备组成。图1为NaI(Tl)闪烁谱仪装置的示意图。此种谱仪既能对辐射强度进行测量又可作辐射能量的分析，同

2、时具有对射线探测效率高（比G-M计数器高几十倍）和分辨时间短的优点，是目前广泛使用的一种辐射探测装置。标准文档实用文案1、射线与闪烁体的相互作用由能带理论，卤化碱晶体能带由价带、禁带和导带组成。能量最低的为价带，通常为晶体格子所束缚住的电子；中间的一层叫做禁带。就本征晶体而言，禁带中不存在电子。但若在价带中的电子获得了足够的能量，则可跃迁至导带，并在价带中产生一个空穴。在导带中的电子及在价带中的空穴均可以自由运动。同时导带中的电子可能会跃迁回到价带与空穴复合而发出光子。但是在本征晶体中，电子与空穴复合放出光子的机率是非常

3、小的。何况，因为价带与导带之间的能隙的限制，在上述情况下发出的光子通常能量较高而不在可见光的范围内。若在无机闪烁器中加入少量杂质，在晶体中形成缺陷，改变了本征晶体的能带结构，在禁带形成了一些新的能带。经由这些能态，导带中电子与空穴复合的机率大为增加。若选用适当的杂质，可以发出可见光。常用的无机晶体闪烁器有NaI(Tl)、CsI(Tl)、CsI(Na)及ZnS(Ag)等。当射线入射至闪烁体时，发生三种基本相互作用过程：（1）光电效应；（2）康普顿散射；（3）电子对效应。前两种过程中产生电子，后一过程出现正、负电子对。这些次

4、级电子获得动能(见表1所示)，次级电子将能量消耗在闪烁体中，使闪烁体中原子电离、激发而后产生荧光。光电倍增管的光阴极将收集到的这些光子转换成电子，光电子再在光电倍增管中倍增，最后经过倍增的电子在管子阳极上收集起来，并通过阳极负载电阻形成电压脉冲信号。射线与物质的三种作用所产生的次级电子能量各不相同，因此对于一条单能量的射线，闪烁探测器输出的次级电子脉冲幅度仍有一个很宽的分布，分布形状决定于三种相互作用的贡献。表1g射线在NaI(Tl)闪烁体中相互作用的基本过程根据射线在NaI(Tl)闪烁体中总吸收系数随γ射线能量变化的规

5、律，γ射线能量Eγ<标准文档实用文案0.3MeV时，光电效应占优势，随着γ射线能量升高康普顿散射几率增加；在Eγ>1.02MeV以后，则有出现电子对效应的可能性，并随着γ射线能量继续增加继续增加而变得更加显著。图2为示波器上观察到的137Cs0.662MeV单γ能射线的脉冲波形，谱仪测得的能谱图。图3是137Cs、22Na和60Co放射源的γ能谱。图中标出的谱峰称为全能峰。在射线能区，光电效应主要发生在K壳层。在击出K层电子的同时，外层电子填补K层空穴而发射X光子。在闪烁体中，X光子很快地再次光电吸收，将其能量转移给光电

6、子。上述两个过程是几乎同时产生的，因此它们相应的光输出必然是叠加在一起的，即由光电效应形成的脉冲幅度直接代表了γ射线的能量（而非Eγ减去该层电子结合能）。1、137Cs能谱分析137Cs在衰变过程中，它可发出能量为1.17MeV的β粒子，成为基态的137Ba；而主要的衰变过程是发出能量为0.514MeV的β粒子，成为激发态的137Ba，再跃迁到基态发出能量为0.662MeV的单能γ射线，其能谱是有三个峰和一个平台的连续分布。峰A称为全能峰，这一幅度的脉冲是0.662MeV的γ光子与闪烁体发生光电效应而产生的，它直接反映了

7、γ射线的能量。平台B是康普照顿效应的贡献，它的特征是散射光子逃逸出晶体后留下的一个连续的电子谱。峰C是反散射峰，当γ射线射向闪烁体时，总有一部分γ射线没有被吸收而逃逸出，当它与闪烁体周围的物质发生康普顿散射时，反散射光子可能进入闪烁体发生光电效应，其脉冲就产生反散射峰。D峰是X射线峰。它是由137Ba的K层特征X射线贡献的。处于激发态的137Ba在放出内转换电子后，造成K壳层空位，外层电子向K壳层跃迁后产生X光子，由于137Cs标准文档实用文案发出的γ射线的能量为0.662MeV（小于1.02MeV）,所以它的闪烁体作用

8、不会发生电子对效应。1、闪烁谱仪的性能a)能量分辨率探测器输出脉冲幅度的形成过程中存在着统计涨落。即使是确定能量的粒子的脉冲幅度，也仍具有一定的分布，其分布示意图如图4所示。通常把分布曲线极大值一半处的全宽度称半宽度即FWHM，有时也用ΔE表示。半宽度反映了谱仪对相邻脉冲幅度或能量的分辨本领。因为有些涨落因素与能量有