相对论效应实验的谱图分析及其应用性探讨

《相对论效应实验的谱图分析及其应用性探讨》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、相对论效应实验的谱图分析及其应用性探讨一　引言本实验利用RES-99型相对论实验谱仪测量快速电子动量与动能的关系，从而验证其符合相对论关系而非经典关系。本文两个主要内容：一，对其能谱曲线低能区作详细的分析，得出该区域内的小峰为Pb的特征X射线的结论，其论证过程是有新意的；二，利用该实验谱仪和β射线源对不同物质测量其吸收能谱，以期望拓展本实验在监测、预警及测量等方面应用。二实验装置与内容本实验所用RES—99型相对论效应实验谱仪的构造如右图1所示．经典力学中物体的动能与动量之间的关系为：基本原理相对论中物体的动能与动量之间的关系变为：本实验通过测出

2、快速电子的动量与动能，并依此作出Ek-PC图，将其与经典和相对论的理论关系曲线进行比较，从而得出结论。电子动量可由磁谱仪上标尺读数间接给出。图2快速电子关系曲线与经典和相对论关系的比较实验关系曲线根据不同动量的电子对应的动能值作图并与经典曲线和相对论曲线比较（如图2所示）。从图表中可以清楚地看到高速运动的电子其行为在一定误差范围内严格符合相对论的理论，从而无可置疑地证明了相对论理论的正确性;原始实验数据三　　能谱问题的分析电子与物质相互作用比较复杂，当其能量在4MeV以下时，主要作用有电离、激发、散射以及韧致辐射等情况，而且这四种情况也因具体能量

3、大小作用有强有弱。图3电子的辐射损失和电离损失图4不同能量电子的能谱图与无放射源下的本底计数这是我们在不同能量下测量的谱图曲线。我们注意到此区中有一明显的小而有规律的峰位，根据这一系列图的一致性，可以推测其形成机理。这条峰的能量并不随着入射电子的能量大小而变化，根据前面电子与物质相互作用类型的分析，这条谱线只能是某元素的X谱线，而且由于轫致辐射发出的光子能量不为定值，所以这只能是这种元素的X特征谱线即Kα线。序号1234567道址（ch）24.0924.2423.8324.1523.6424.8124.13偏差（%）0.20.42.90.12.0

4、2.10.01根据探测器的结构，它们可能是Pb、I、Fe、Tl等元素。考虑到Tl含量的稀少，其形成的谱线强度有限，我们排除了元素Tl。作为NaI闪烁体的组成元素I，其发射的光子在光电倍增管的驰豫时间内被一并输出，含在了入射电子的单能峰里面。而Fe壳在Pb防护层的外侧，经过Pb的两次屏蔽Fe的特征射线不可能这这么强。因此，特征X射线的小峰，只能是散射或透射的电子打在探头周围的Pb防护层所发出的。探测器结构陶瓷外壳，铁层，Pb防护层以及内核。内核中含有NaI,微量的TI元素。补充验证实验其一，将一个厚度5mm左右的有机玻璃板（已证明足以屏蔽β射线）挡

5、在探头前，并撤去所有源。发现这一小峰仍存在，只是其强度减弱很多，可以认为这是由于宇宙射线打在Pb屏蔽层上产生的X射线。其二，本人又用能量较高的几束单能电子，重点测试其强度变化。下表是测量结果。项目位置35.535.033.032.5道址（ch）23.1323.7323.4923.31峰位计数78492513461546注意到β射线源发射出的电子，其强度随能量的升高而降低，故可以从上表和右图比较看出这些电子打在Pb屏蔽板上的X射线强度是与入射电子的强度成正比的。这与X射线理论相符。采用低能区能量标定的局限性Devare和Tandon曾测量了由探测器

6、的非线性响应所引起的单能峰向较高能量方向的漂移。图5中也能看出低于0.2MeV后整个响应曲线完全失去线性了。而分辨率要求较高的低能定标源难以获得，即我们不能使用对低能区定标的办法确定峰值。图5NaI（Tl）晶体的光输出非线性与入射光子能量的关系以上可以看出我们巧妙地运用了一些实验事实，就可准确地完成对整个β射线能谱的完全解析。更重要的是，这使我们对带电粒子（β射线）与物质的相互作用的理论有了更深刻的理解。四　　实验的应用性拓展β射线在工业生产与日常生活中有着广泛的用途：常被用到在线测量、气体监测以及污染预警等各个方面。但大多数是直接利用β放射源测

7、量射线强度变化，灵敏度比较低，误差也不小。本实验中β磁谱仪发挥了重要作用，它将天然β放射源发出的连续谱，分离成能量分辨率很高的单能快速电子，这就能利用β射线单能谱能量与强度两个方面来对一些物质进行测量，尤其是利用能量的变化可以提高检测灵敏度，本文便对这些应用作初步的分析。首先在不同介质中测量β射线的吸收能谱，以便对其性能有一个大致了解。从上图中可以清楚地看出，与其他介质相比，塑料的穿透效应还是比较强的其峰位只有稍微左移。而从有机玻璃的谱图可以看出，β射线基本已经损失殆尽，仅剩下前面所提到的本底计数。最后观察一下水的谱线（第三条蓝线），也基本损失完

8、了。，从这里我们还能得出这样的结论：用β射线测吸收峰的办法不适合用于对液体的测量。下面便具体做一下有关β射线应用的试探性实验。首先，我们