近代物理实验（中国石油大学）用nai（tl）单晶γ闪烁能谱仪测γ能谱

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1、实验9-1用Nal(T1)单晶丫闪烁能谱仪测丫能谱一.【实验目的】1、了解闪烁探测器的结构、工作原理。2、掌握Nal(T1)单晶丫闪烁能谱仪的儿个性能指标和测试方法.3、观测及分析丫全能谱。4、了解核电子学仪器的数据采集、记录方法和数据处理原理。二.【实验原理】一、闪烁能谱仪测量丫能谱的原理闪烁能谱仪是利用某些荧光物质在带电粒子作用下被激发或电离后，能发射荧光(称为闪烁)的现象来测量能谱的。这种荧光物质常称为闪烁体。1、闪烁体的发光机制闪烁体的种类很多，最常用的无机晶体是铠激活的碘化钠单晶闪烁体，常记为Nal(Tl),屈离子型晶体。在碘化钠晶体中掺入铠原子，其关键作用是可以

2、在低于导带和激带的禁带中形成一些杂质能级。这些杂质原子会捕获一些自市电子或激子到达杂质能级上，以发光的形式退激到价带，形成了闪烁过程的发光，而这种光因能量小于禁带宽度而不再被晶体吸收,不再会产生激发或电离。对于Nal(T1)单晶闪烁体而言，其发射光谱最强的波长是415rnn的蓝紫光，其强度反映了进人闪烁体内的带电粒子能量的大小，选择适当大小的闪烁体，可使这些光子一射出闪烁体就被探测到。2、丫射线与物质的相互作用丫射线光子与物质原子相互作用的机制主要有以下三种方式，如图9・1・1所示。康普顿效应hv原子核亠V/入射光子*正负)电子对电子对效应图9-1-1Y射线光子与物质原子相

3、互作用丫光子与物质相遇时，通过与物质原子发生光电效应、康普顿效应或电子对效应而损失能量，其结果是产生次级带电粒子，如光电子、反冲电子或正负电子对。闪烁丫能谱仪利用Y光子与闪烁体相互作用时产生次级带电粒子，进而由次级带电粒子引起闪烁体发射荧光光子，通过这些荧光光子的数冃來推岀次级带电粒子的能量，再推出丫光子的能量，以达到测量Y射线能谱的目的。二、Nal(T1)单品丫闪烁能谱仪实验采用多道脉冲幅度分析器一次测量可获得整个能谱，非常方便。(1)能量分辨率rti于单能带电粒子在闪烁体内激发的荧光光子数有统计涨落，这就使同一能量的粒子产生的脉冲幅度不是同一大小，而近似为高斯(正态)分

4、布。能量分辨率的定义是：AE77=—X100%(9-1-1)E由于脉冲幅度与能暈有线性关系，并且脉冲幅度与多道道数成止比，故又可以写为入CH〃二竺竺xlOO%(9-1-2)CH通常Nal(T1)单品丫闪烁能谱仪的能量分辨率以,37Cs的0.662MeV单能y射线为标准，它的值一般是10%左右，最好可达6〜7%。(1)线性度与能量刻度能量的线性就是指输出的脉冲幅度与带电粒子的能量是否有线性关系，以及线性范围的大小。Nal(T1)单品的荧光输出在150KeV

5、了检查谱仪的线性，必须用一组已知能量的丫射线，在相同的实验条件下，分别测量出它们的光电峰位，做出能量——幅度曲线，称为能量刻度曲线(或能量校正曲线)。如图9-1-2所示。(2)坪曲线与本底计数率坪曲线是入射粒子强度不变时，Nal(T1)单晶丫闪烁能谱仪的源(或全谱)计数率随工作电压变化的曲线。本底计数率是指不加放射源时Nal(T1)单晶丫闪烁能谱仪的全谱计数率，主要由光电倍增管的暗电流、电子学噪声、宇宙射线及环境辐射产生，英也随工作电压的变化而变化。在使用Nal(T1)单晶Y闪烁能谱仪时，应首先测量坪曲线和本底计数率，然后选择源(或全谱)计数率随电压变化较小、本底计数率相对

6、较低的工作电压。(3)稳定性Nal(T1)单晶丫闪烁能谱仪的能量分辨率、线性度都与稳定性有关，因此在测量过程中，要求其各组成部分，如高压电源、放大器、多道脉冲幅度分析器等，都要具有较高的稳定性，并始终能正常工作。三、Y射线的能谱图9・1・5所示为®cs的丫能谱。谱线包括-三个峰和一个平台。峰A是光电峰平台状曲线B是康普顿效应的贡献。峰C是反散射峰。峰D是X射线峰，它是由137Ba的K层特征X射线贡献的。®Cs的B衰变体,37Ba的0.662McV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。一.【实验仪器与材料】Y放射源叫匸和,37Cs；Nal(T1)

7、单晶丫闪烁能谱仪；计算机等。二.【实验内容】1、详细阅读说明书，熟悉仪器及软件的使用方法。2、采用定时(200s)计数的方法，在600V〜850V之间，测绘坪曲线(用^Cs源)，以及本底计数率随电压变化的关系曲线，确定合适的工作电压。3、保持工作电压不变，改变线性放大器的放大倍数，观察®Cs的丫能谱的光电峰位置变化的规律。要求至少测量10组数据并作最小二乘法拟合，给出相关结果。4、用多道分析器观察^Cs的丫能谱的形状，识别其光电峰、反散射峰、X射线峰及康普顿边界等；记录光电峰、反散射峰的峰位(道数)；绘制能谱图。5