近代物理实验（中国石油大学）实验9-1用nai（tl）单晶γ闪烁能谱仪测γ能谱

《近代物理实验（中国石油大学）实验9-1用nai（tl）单晶γ闪烁能谱仪测γ能谱》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、实验9-1用Nal(T1)单晶丫闪烁能谱仪测丫能谱原子核的能级间的跃迁产生Y射线，丫射线强度按能量的分布即Y射线能谱，简称丫能谱。研究丫能谱可确定原子核激发态的能级等，对放射性分析、同位素应用及鉴定核素等方面都有重要的意义。测暈丫能谱最常用的仪器是闪烁丫能谱仪，在核物理、高能粒子物理和空间辐射物理的探测屮应用非常广泛。【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。【实验原理】一、闪烁能谱仪测量丫能谱的

2、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)的现彖来测量能谱的。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，按其化学性质不同可分为无机品体闪烁体和有机闪烁体。有机闪烁体包括有机晶体闪烁体、有机液体闪烁体和有机塑料闪烁体等。最常用的无机晶体是锭激活的碘化钠单晶闪烁体，常记为Nal(T1),属离子型晶体。纯粹的碘化钠晶体，其能带结构是在价带和导带之间有比较宽的禁带，如有带电粒子进人到闪烁体中，将引起后者产生电离或激发过程，即可能有电子从价带激发到导带或激发到激带,然后这些电子再退激到价带

3、。退激的可能过程之一是发射光子，这种光子的能量还会使晶体中其它原子产生激发或电离，也就是光子可能被晶体吸收而不能被探测到，为此要在晶体中掺入少量的杂质原子(激活原子)，如在碘化钠晶体屮掺入馆原子，其关键作用是可以在低于导带和激带的禁带川形成一些杂质能级。这些杂质原子会捕获一些自由电子或激子到达杂质能级上，然后以发光的形式退激到价带，这就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。这说明只有加入少量激活杂质的品体，才能成为实用的闪烁体。对于Nal(T1)单晶闪烁体而言，其发射光谱最强的波长是415nm的

4、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Y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。光电效应康普顿效应电子对效应图9-1-1丫射线光子与物质原子相互作用(1)光电效应(2)康普顿效应丫光子与自由静止的电子发生碰撞，将一部分能量转移给电子，使电子成为反冲电子，Y光子被散射，改变了原來的能量和方向。反冲电子的动能为Ee二J(9-1-2)1+Ey(1-cos&)式中加°C?为电子静止能量，约为0.5MeV：角度0是散射光子的

5、散射角。当&=180°时(即光子向后散射，又称为反散射)，反冲电子的动能有最大值，此时Ey^.nax=—(9亠3)1+叱2Ey这说明康普顿效应产生的反冲电子的能量有一上限最大值，称为康普顿边界。(3)电子对效应当Y光子能量大于2〃2°c2时，丫光子从原子核旁经过并受到核的库仑场作用，可能转化为一个正电子和一个负电子，称为电子对效应。此时光子能量可表示为两个电子的动能与静止能量之和Ey=E；+E~+2m0c2(9-1-4)综上所述，丫光子与物质相遇时，通过与物质原子发生光电效应、康普顿效应或电子対效应而损失能量，其结果是产生次级带电粒子，如光电子

6、、反冲电子或正负电子对。次级带电粒子的能量与入射Y光子的能量直接相关，因此，可通过测量次级带电粒子的能量求得丫光子的能量。闪烁Y能谱仪正是利用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目来推出次级带电粒子的能量，再推出丫光子的能量，以达到测量丫射线能谱的目的。二、Nal(T1)单晶丫闪烁能谱仪的结构与性能图9・1・2是Nal(T1)单晶丫闪烁能谱仪结构示意图。1、Nal(TI)闪烁探测器闪烁探测器由闪烁体、光电倍增管和相应的电子仪器三个主要部分组成。探测器最前端是Nal(T1)闪烁体

7、，当射线(如丫和卩)进入闪烁体时，在某一地点产生次级电子，它使闪烁体分子电离和激发，退激时发出大量光子。在闪烁体周I韦I包以反射物质，使光子集屮向光电倍增管(具体内容参阅附录3-2-1)方向射出去。经过光电倍增管产生输出信号，通常为电流脉冲或电压脉冲，然后通过起阻抗匹配作用的射极跟随器，由电缆将信号传输到电子检测仪器中去。X100%输出信号-图9・1・4单道脉冲幅度分析原理图9-1-2Nal(T1)单晶丫闪烁能谱仪结构示意图2、单道与多道脉冲幅度分析器3、Nal(T1)单晶丫闪烁能谱仪的主要指标(1)能量分辨率(9-1-7)通常Nal(T1)单

8、品丫闪烁能谱仪的能量分辨率以,37Cs的0.662MeV单能丫射线为标准，它的值一般是10%左右，最好可达6〜7%。(2)线性度与能量刻度能量的线性就