伽玛射线能谱仪工作原理

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1、光电效应:光照射到金属上，引起物质的电性质发生变化。只要光的频率超过某一极限频率，受光照射的金属表面立即就会逸岀光电子，发生光电效应（Photoelectriceffect康普顿效应：伽玛射线通过实物物质发生散射时，散射光中除了有原波长入0的伽玛光外，还产生了波长入〉入0的伽玛光，其波长的增量随散射角的不同而变化，这种现象称为康普顿效应（ComptonEffect）o电子对效应：当辐射光子能量足够高时，在它从原子核旁边经过时，在核库仑场作用下，辐射光子可能转化成一个正电子和一个负电子迭种过程称作电子对效应Electronpaireffect伽玛射

2、线通过物质时，主要有三种作用过程：当能量较低时，发生光电效应和康普顿效应；当能量大于1.02MeV时,可产生电子对效应。当发生光电效应或电子对效应时，丫光子被完全吸收；发生康普顿效应时，丫光子损失部分能量并改变运动方向，称之为康普顿散射。由于这些效应，使得实测的伽玛射线能量谱线于原始情况有较大差异，计数率和谱线成分都会发生不同程度的变化，特别是康普顿散射作用，使伽玛射线的能量向低能方向转移，进一步增加了低能频段的伽玛射线信息量。这些效应除了与伽玛射线的能量E有关，还与物质的原子序数Z有关。他们的截面（几率）可表示为：T（光电效应）«Z4/E2o（康普

3、顿效应）«Z/EX（电子对效应）«Z2/（E-1.02）在天然伽玛射线的能量范围内，岩石中主要产生光电效应和康普顿效应，而光电效应仅发生在低能区。然而传统的能谱测量中，常常把伽玛射线的低能谱频段作为干扰因素。能量在400keV以下的伽玛射线约占全谱信息量的80%,野外地面伽玛射线低能频段中，除了U、Th系列低能特征谱的贡献，更多的主要是高能伽玛射线与岩石土壤等介质多次发生康普顿效应和光电效应的作用形成的。伽玛射线经过康普顿效应后，能量降低，因此，低能部分的天然伽玛射线是多次康普顿散射的结果。在能量小于100keV的低能区，光电效应占主导地位，这一能区

4、的伽玛射线与岩石土壤作用时，因发生光电效应而被吸收。所以，天然伽玛射线与岩石土壤作用时，光电效应使得低能组分相对减少，高能组分相对提高；而康普顿效应产生的次级散射射线，又提高了能谱成分的低能部分。这两种效应的综合结果使能谱成分稳定。此时，在低能区形成低能峰，其能量和谱线形态特征主要取决于岩石等介质的物质成分。「高压电路电源变换脉冲福度分析器—1接口电路应用笔记本软件计算机操作台伽玛射线能谱仪电路原理图探测器类型主蜃材料土耍覆测射找种英探测射线能虽范曲能fit分辨牢探测效家使用条件闪烁探测器Nal(Tl)无机品体Y・XnkeV〜nMeV872%(661

5、kcV)jl+h工作电IE800-1500V績■便用Csl(T1)无机晶体YnkeV~nMeV8-12%(661keV)VTNal(TI)丁作电压800-1500V常温使用•价格较NH(TI)高BGO无机晶体YnkeV~nMeV约15%(661keV)好于Nal(TI)工作电压800-1500V常温便用•价格较Nal(TI)高正比计数管正比计数管Y,XnkeV*nMeV10-25%(661kcV)几％工作电压1500-3500V常温使用Si(Li)半甘体探测器⑴硅(锂溫移)半导体Y.XnkeV*nMeV200cV(5.9kcV)约1%工作电圧800-

6、1500V低使用，价格昂贵HPGc半导体探测器【门高纯楮半导体Y.XnkeV~nMeV200eV(5.9kcV)约1%工作电压800-1500V低S-1961C使用，价格昂贵Si-PIN半导体探测器⑴Si-photodiode硅光二极管半导体X2-l50keV!86eV(5.9keV)约1%工作电压9O~IIOV低溫・30€便用，价格CZT半导体探测魁⑷CdO.9ZnO.1Te«!锌誹化合物半导体Y,XKMOOOkcV250cV(5.9keV)约1%工作电压+400V低温・30匸使用，价格昂贵伽玛能谱测量是根据野外条件下，铀、社、钾的Y射线能谱曲线的

7、差异，测盘和计算出铀、轻、钾的含量的测定铀、址、钾三个元素的含量时，需要三个能谱段，三个谱段的选择原则是：(1)选用高能段，减少散射Y射线的影响；(2)三个谱段尽備独立，突出有关元素的贡献，提高含量计算的稳定性：(3)各谱段道数尽量多.以提高测量精度，减少含童计算误差•为方便计.仍沿用过去习惯了的讨论办法，设若三个谱段的选取范围分别为M谱段l・641・86MeV.N?谱段I・37~l・57MeV,N3谱段24卜2・81MeV,分别计算三个谱段的计数率N】、N?、N3,它们与铀、饪、钾的含就将会有以下关系，即:Ni=aiU+b

8、Th+c】KN2=a：U

9、+STh+C2K(3.1)N3=a3U+bjTh+CjK式中，at%b

10、%C

11、bj>cj分别是与不同谱段相关