近代物理实验（中国石油大学）实验9-4β射线的吸收

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1、实验9・4B射线的吸收和Y射线相比，B射线与物质的相互作用要复杂得多。B射线在吸收物质中的强度衰减也只近似符合指数规律。通过研究B射线的吸收规律，测量吸收物质对B射线的阻止本领,可以指导B辐射防护的选材及确定厚度。另外，通过测暈物质对B射线的吸收系数，或（3射线在吸收物质屮的射程，可以估算B射线的最人能量，这是鉴别放射性核素的有效办法。【实验目的】1、了解B射线与物质相互作用的机理。2、学习测量B射线最大能量的方法。3、测量吸收物质对B射线的阻止本领。【实验原理】一、B衰变与B能谱的连续性放射性核素的原子核放射出P粒子而

2、变为原子序数差1、质量数A相同的核素称为P衰变。B衰变时，在释放出高速运动电子的同时，还释放出中微子，两者分趾能量的结果，使B射线具有连续的能量分布，如图9-4-1所示。2.27MeV28.6年——0,546MeV64.1小时9040图9-4-1B射线能谱图9-4-2IfSr-^Y源衰变图二、B射线与物质的相互作用B射线与物质相互作用时主要通过电离效应、辐射效应和多次散射等方式损失能量。B射线与物质原子核外电子发生非弹性碰撞，使原子激发或电离，因而损失其能量，此即电离能量损失。电离损失是B射线在物质中损失能量的主要方式。

3、当B射线与物质原子核的库仑场相互作用时，其运动速度会发生很大变化。根据电磁理论，当带电粒子有加速度时，会辐射电磁波即轲致辐射，这就是辐射能量损失。此外，B射线也可以与物质原子核发生弹性散射，不损失能量，只改变运动方向。因为B粒子的质量很小，所以散射的角度可以很大，而且会发生多次散射，最后偏离原来的方向，使入射方向上B射线强度减弱。当B射线穿过物质时，由于B射线与物质发生相互作用，使B射线强度减弱的现象称为B射线的吸收。三、B射线最大能量的测量常用的测量方法有吸收法和最大射程法两类。(a)(b)图9-4-3B吸收曲线实验表

4、明，对于一束单能电子(如内转换电子)穿过吸收物质层时，其强度随吸收物质层厚度的增加而减弱，并符合指数衰减规律。但由于B射线的能量不是单一的，而是连续分布的，所以B射线的吸收只是近似符合指数衰减规律，如图9-4-3所示。如图9-4-3各曲线的尾部，从而导致测量最大射程的困难，为此，在实际工作中通常是测量有效射程，来代替最大射程。有效射程不仅与吸收物质的性质有关，而且也与0射线的最大能量E。有关，对于铝吸收体，存在下述经验公式：当0.SMeV>£()>0」5MeV时，(9-4-1)/?0=0.407硏当>O.SMeV时,/?

5、0=O.542Eo-0.133(9-4-2)假设B衰变过程中只放岀一种B射线，如图9-4-3中(a)所示，吸收曲线可近似用下式表示/=厶严心(9-4-3)对两边取对数，得In7=In(944)由于在相同实验条件下，某一时刻的计数率n总是与该时刻的f3射线强度I成正比，所以(9-4-3)式和(9-4-4)式也可以表示为n=心严心(9-4-5)Inn=Inn()一/dmxm(9-4-6)显然，In”与兀”具有线性关系。在用Nal(T1)闪烁能谱仪测量B射线能谱时，考虑到0射线的能量分布的连续性，其全谱计数率即为(9-4-5)

6、式和(9-4-6)式中的n。同有效射程一样，“加也与吸收物质的性质及B射线的最人能量有关。对于铝吸收体,存在经验公式17/、“用二RT（9・4・7）匕o这样，只要在实验过程中，通过测量B射线在一定吸收物质屮的吸收曲线，在曲线上求取R。和血，就可用（9-4-1）式、（9-4-2）式和（9-4-7）式估算出B射线的最大能量。四、吸收物质对B射线的阻止本领B射线在吸收物质小单位路径长度上损失的平均能量定义为吸收物质对0射线的阻止dE本领（简称阻止本领），记作实际使用屮，为了消除密度的影响，常用的是质量阻止dx1dF本领，即,其

7、中p为吸收物质的密度。pdx只要我们能够测量出B射线经过吸收物质前后对应的单能电子能量E0和E1,就可以计算出该吸收物质对能量为E=（E°+耳）/2的单能电子的质量阻止本领，即丄dE=E^-E^（9-4-8）Pdxdm其中d加为吸收物质层的质量厚度。【实验装置及器材】实验所需仪器主要包括横向半圆磁聚焦B谱仪（真空型）、Nal（T1）闪烁探测器、多道脉冲幅度分析器、计算机等，另外还用到丫放射源“Co和137Cs,B放射源9°Sr-90Y.实验装置如图9-4-4所示。【实验内容】1、阅读仪器使用说明，掌握仪器及多道分析软件的

8、使用方法。2、仪器开机并调整好工作电压（700〜750V）和放大倍数后，预热30分钟左右。3、在多道分析软件中调整预置时间为600so4、用丫放射源“Co和^Cs标定闪烁谱仪，绘制能量刻度曲线，用最小二乘法确定相应的表达式。5、抽真空，真空度由真空表监测。6、测量铝在不同能量下对B射线总的质量阻止本领。左右移动闪烁能