NaI单晶γ能谱的测量

五实验数据处理与分析第一次实验：掌握并熟悉Nal (TI)y谱仪，确定谱仪的工作参数。1. 预热几分钟，熟悉多通道脉冲幅度分析器数据采集软件的使用。2. 由于实验没有配备示波器，因此无法利用示波器观察闪烁体探头输出信号。3. 本实验利用放射源 137Cs 通过改变高压、放大倍数、道数等参数观察能谱曲线 的变化。a) 把放射源13Cs放在托盘上，调节改变电压分别为400V, 500V, 550V, 600V,保持测量道数1024道和放大倍数4.00m不变，数据采集时间设为200s，所 得能谱曲线如图 1所示。80 00 -70 00 -6000 -50 00 -4000 -30 00 -2000 -10 00 -Channel图 1. 不同高压下对应的能谱曲线结论：由图1 可以看出,随着电压的升高,全能峰右移,道址增大,即峰位 E 变大,输出脉冲幅度增加。全能峰变宽,且其高度降低。b) 调节改变放大倍数分别为3.00m，4.00m，4.50m，5.00m，保持测量道数1024 道和电压5000V不变，数据采集时间设为200s，所得能谱曲线如图2所示。00 00 -1aooo -60 00 -40 00 -20 00 -02D0400GOOSOO1G00Channel图2.不同放大倍数下对应的能谱曲线结论：由图 2可以看出，随着电压的升高，全能峰右移，道址增大，即峰位 E 变大，输出脉冲幅度增加。全能峰变宽，且其高度降低。c）调节改变通道数分别为256, 512, 1024, 2048, 4096保持放大倍数4.00m和电压500V不变，数据采集时间设为200s，所得能谱曲线如图3所示。8000 -7000 -6000 -S000 -4000 -3000 -2000 -1 0 00 -图 3.不同放大倍数下对应的能谱曲线结论：由图 2可以看出，随着电压的升高，全能峰右移，道址增大，即峰位 E 变大，输出脉冲幅度增加。全能峰变宽，且其高度降低。d）把放射源60Co放在托盘上，通过反复调节，最后参数调节为：通道数1024、 放大倍数4.70m、电压值525V，数据采集时间设为200s，所得能谱曲线如图 4 所示。Tlgun 口 05DDo0200J0060080010001200Channel图4.60Co的能谱曲线分析：我们测得的60Co的能谱曲线的两个全能峰都能清楚看见，查阅6（Co的衰变纲图可知两个全能峰的能量分别是1.17MeV和1.33MeV,其中1.33MeV的全能峰对应道数905,由计算1.33MeV/905*1024=1.505MeV,可知整个能谱的能量范围约在01.5MeV。误差分析：由上图可以看出，能谱曲线并不是平滑的曲线，跳动很大，而他 几个小组同学所作的结果也是这样，因此我们认为造成曲线不平滑是因为 60Co 放射源本身的原因。e）把放射源137Cs放在托盘上，参数保持不变，所得能谱曲线如图5示。n gcnooti7CSChannel图5的能谱曲线分析：如图5所示，wCs的能谱曲线是三个峰和一个平台的连续分部。参考 137CS的放射源衰变纲图，峰A为全能峰，这一幅度的脉冲是0.662MeV的丫 光子与闪烁体发生光电效应而产生的，它直接反映了Y射线的能量；平台B 是康普顿效应的贡献，它的特征是散射光子逃逸出晶体后留下的一个连续的 电子谱。峰C是反散射峰，当Y射线射向闪烁体时，总有一部分Y射线没有 被吸收而逃逸出，当它与闪烁体周围的物质发生康普顿散射时，反散射光子 可能进入闪烁体发生光电效应，其脉冲就产生反散射峰。第二次实验：能量刻度、活度测量及未知源的确定。4. 能谱数据。a）确定实验条件。把放射源6oCo放在托盘上，测量道数设置为1024，通过反复调 节，最后参数设置为：放大倍数4.70m、电压值525V，数据采集时间设为200s, 所得能谱曲线如图6示，和第一次实验一样，两个全能峰的能量分别是1.17MeV 和1.33MeV,其中1.33MeV的全能峰对应道数905,由计算1.33MeV/905*1024=1.505MeV,整个能谱的能量范围约在01.5MeV。符合实验 的要求，所以选择道数1024、放大倍数4.70m、电压值525V，数据采集时间设 为 200s 作为实验条件。rlccfcFlo。o oo 52 1o o1Q5Q2G04CQ6GQ80Q100C12C0Channel图6.确定实验条件时6oCo的能谱曲线b）保持以上实验条件不变，测量本底、60Co、137Cs、133Ba、22Na以及未知放射源的能谱。5. 数据分析a）本底的能谱曲线。riro/Junoo80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 -base200400600800100012000 -Chan nel图 7. 本底的能谱曲线结论：由上图可知，本底也会产生计数，即本底能谱曲线对各放射源的能谱 曲线有一定的影响，所以在分析各放射源的能谱曲线时扣除本底的影响，否 则会引起较大的误差。b) 扣除本底影响后，可得 60Co 、 137Cs 、133Ba 、 22Na 的能谱曲线如下列图所示。20C0C -16000 -drinunoo10G0C -6G0C -200dOO60080010001200Channef图 9.133Ba 的能谱曲线nccnunoo8D -7D -&D -5 D -4D ”30 -2D -1 3 -D -10 -0.5110MeV2DD4006GCChannelBOD10001200图 10.22Na 的能谱曲线C)分析各峰的峰参数，得出得出Y谱仪的能量分辨率，做出能量刻度曲线，分 析其线性。1) 由图8-图10可得各放射源峰道址和对应射线能量如表 1 所示；表 1 放射源峰道址和对应射线能量的关系放射源60Co137Cs133Ba22Na道址N821909480257365能量E/MeV1.1731.3330.66170.35600.5110由表 1 可用 origin 拟合的 EN 曲线图如图 11 所示：/WUJ20G4G06008001000Channel图11.各已知放射源全能峰点E-N线性拟合图线性拟合出来的结果为InterceptSlopeStatisticsValueErrorValueErrorAdj. R-SquareB-0.036390.017470.001492.S1309E-50.99857所以 E 和 N 的关系为：E=-0.03639+0.00149N此即为能量线性刻度曲线，线性拟合度R=0.99857,线性度非常接近1,说明这 组数据较为合理。2）计算Y谱仪的能量分辨率因为标准放射源l3Cs的全能峰最为明显和典型，所以选用其Y射线的能量分辨率来检验与比较Y谱仪的能量分辨率。如下图所示：Trgenoo020040060080010001200Channel图 12.137Cs 的能谱曲线图由图12可知，全能峰对应的道址为N=480,半峰高处对应的道址为Nl=501 和N2=455。因此13Cs的全能峰的半宽度为：AN = N1-N2 = 501 - 455 = 46道由图11和所得的EN拟合方程E=-0.03639+0.00149N可知，能量E与道址 数N成线性关系，所以能量分辨率耳可写为：AE亍=AVVAN所以13Cs的能量分辨率为：AN46耳 二二 x 100% 二 9.58%Cs N 480误差分析：i37Cs最佳的能量分辨率为7.8%,我们所测得的实验结果为9.58%,相 差较大，由此可知实验所用的闪烁谱仪能量分辨率不是很好，谱仪对相邻脉冲幅 度或能量的分辨本领不很理想。这也有可能是由实验误差造成的，比如实验条件 还不是没有调成最佳的，读数的误差等。同理可求出测量其他放射源时的谱仪分辨率为：表2.测量不同放射源在不同的全能峰时的谱仪分辨率放射源60Co137CS133Ba22Na能量E/MeV1.1731.3330.66170.35600.5110对应道数N821909480257365半宽度AN6950464240能量分辨率耳8.40%5.50%9.58%16.3%10.9%由上表可知：闪烁谱仪分辨率在测量测量不同放射源在不同的全能峰时是不同的。 当全能峰的峰位较大时，谱仪的分辨率较好。3）计算当前已知源的活度表 3 已知放射源活度表（测量时间为 1991 年 7 月 1 日）放射源60Co137CS133Ba22Na活度A /kBq071.848.0127.040.2半衰期t / y5.2730.0810.522.60放射性元素按照以下的规律进行衰变：N = N e -xt0其中N表示初始的未发生衰变的原子数目，N表示当前剩余的未衰变原子数 0目,九是一个衰变常数，对于不同的元素，相应的入也是不同的。定义N二N /2时所经历的时间为T，称为半衰期，可得出其衰变常数入， 0九=ln 2 / T 放射源活度 A 表示单位时间内放射源发生的衰变次数，对于一定量的放射 源而言，其总体的活度与其包含的放射性粒子数目是成正比的，即：A = A e -肮0 本次的实验时间为2010年12月28日，表3中的放射源活度测试时间距离 实验时的时间间隔为t=19.49年。由上面几个式子可得出当前各已知放射源的活 度如表 4 所示：表4 已知放射源实验时活度（2010年12月28日）放射源60Co137Cs133Ba22Na活度A /kBq071.848.0127.040.2半衰期t / y5.2730.0810.522.60衰变常数九/ y -10.1320.02300.06590.267实验时活度A / kBq5.6430.7035.500.234) 得到探测效率曲线；以 137Cs 的全能峰为例，计算其探测效率。由图8137CS的修正能谱曲线图并结合其半峰宽的位置可以得出，137CS全能峰 的通道数范围为 455 501 ，由于横坐标的每个间隔为 1 ，所以对这个范围内的纵坐标进行求和即可求得全能峰在以通道数为横坐标下的面积S'(E),即S'(E)二 i01 count(i)二 1046 +1111 +.二 74073i=455由 E-N 的线性关系 E=-0.03639+0.00149N 可得，实际的全能峰面积S(E)二 0.00149X S'(E)二 0.00149x74073 二 110.37已知，测量时间T=200s,