伽马射线的吸收实验报告.docx

试验 3：伽马射线的吸取试验目的1. 了解g 射线在物质中的吸取规律2. 测量g 射线在不同物质中的吸取系数3. 学习正确安排试验条件的方法内容1. 选择良好的试验条件，测量 60Co〔或 137Cs〕的g 射线在一组吸取片〔铅、铜、或铝〕中的吸取曲线，并由半吸取厚度定出线性吸取系数2. 用最小二乘直线拟合的方法求线性吸取系数原理1. 窄束g 射线在物质中的衰减规律g 射线与物质发生相互作用时，主要有三种效应：光电效应、康普顿效应和电子对效应〔当g 射线能量大于时,才有可能产生电子对效应〕准直成平行束的g 射线，通常称为窄束g 射线单能的窄束g 射线在穿过物质时， 其强度就会减弱，这种现象称为g 射线的吸取g 射线强度的衰减听从指数规律，即I = Ie -s r Nx = I0e - mx0 〔 1〕其中 I , I 分别是穿过物质前、后的g 射线强度， x 是g 射线穿过的物质的厚度〔单位0为 cm〕，s 是三种效应截面之和，N 是吸取物质单位体积中的原子数，m 是物质的线r性吸取系数〔 m = s N ，单位为cmr大小=1 〕明显 m 的大小反映了物质吸取g 射线力量的由于在一样的试验条件下，某一时刻的计数率 n 总是与该时刻的g 射线强度I 成正比，因此I 与x 的关系也可以用n 与x 的关系来代替。

由式我们可以得到n = n0 e - mx 〔 2 〕㏑ n=㏑ n0- m x 〔 3 〕可见，假设在半对数坐标纸上绘制吸取曲线，那末这条吸取曲线就是一条直线，该直线的斜率确实定值就是线性吸取系数m 由于g 射线与物质相互作用的三种效应的截面都是随入射g 射线的能量 E 和吸取g物质的原子序数Z 而变化，因此单能g 射线的线性吸取系数m 是物质的原子序数Z 和能量 E 的函数g〔 4m = m + m + mph c p〕式中m 、 m 、 m 分别为光电、康普顿、电子对效应的线性吸取系数其中ph c pm µ Z 5phm µ Zc〔 5 〕m p µ Z 2图 2 给出了铅、锡、铜、铝对g 射线的线性吸取系数与g 射线能量的关系曲线物质对g 射线的吸取系数也可以用质量吸取系数m m来表示此时指数衰减规律可表示为I = Ie-m0xm m 〔6 〕其中m 表示物质的质量吸取系数(m =m mmr 单位是cm2/g，ρ是物质的密度，它的单位是 g/cm 2 ) x表示物质的质量厚度(xm m= x.r ,单位是g / cm2 ) 由于Nm = m = s r N = A (s + s + s )m r r A ph c p〔 7 〕式中 N 是阿佛加德罗常数，A 是原子核质量数。

所以质量吸取系数与物质和物理状态A无关，因此使用质量吸取系数比线性吸取系数要更便利些物质对g 射线的吸取系数也常用“半吸取厚度”表示所谓“半吸取厚度”就是使入射的g射线强度减弱到一半时的吸取物质的厚度，记作d1从〔1〕式可以得出d1和m 的关系为=ln 2d 1 m2= 0.693m2 2〔 8 〕由此可见, d 也是物质的原子序数Z 和g 射线能量 E 的函数通常利用半吸取厚1 r2度可以粗略定出g 射线的能量由上可知，要求线性吸取系数时，可以由吸取计算斜率的方法得到，也可以由吸取曲线图解求出半吸取厚度从而推算得到以上两种方法都是用作图方法求得线性吸取系数的，其特点是直观、简洁，但误差比较大比较好的方法是用最小二乘方法直线拟合来求得线性吸取系数对于一系列的吸取片厚度x 、x1 2… x 〔假定 xk i没有误差〕，经计算得到一系列的计数率hi= Ni , 这里tt ii是相应于 Ni的测量时间，利用〔2〕式n = n e-mx0则 ㏑ n=㏑n0 - m x令 y=㏑ n则 y = ax + b其中斜率a 〔即为- m 〕与截距b 的计算中心公式为=[W ][Wx ln n] - [Wx][W ln n]a[W ][Wx2 ] -[wx]2[W ln n][Wx2 ] - [Wx ln n][Wx]b = [W ][Wx2 ] - [Wx]2式中[Wx] = åk W xi ii=1〔W 表示 yi i= ln ni的权重〕，其它类似。

W 的计算如下〔假定本底不大和本底误差可以无视〕is = ssn 1Ni==iy ln ni iW µ 1 =i s 2yini1 = Ns 2 iln nia 和 b 的标准误差为s = [W ] sa [W ][Wx2 ] - [Wx]2 ys = [Wx 2 ] sb [W ][Wx 2 ] - [Wx]2 y式中sy= ， v[W v 2 ]k - 2i ii= y - yi i，其中2 . 关于g 吸取试验条件的安排上面的争论都是指的窄束g 射线的吸取过程从实际的试验条件来看，探测器记录下来的脉冲数可能有五个来源〔见图4〕，图中（1） 透过吸取物质的g 射线；（2） 由四周物质散射而进入的g 射线；（3） 与吸取物质发生小角散射而进入的次级g 射线；（4） 在探测器对源所张立体角以外的g 射线被吸取物质散射而进入；（5） 本底其中只有第一类射线是我们要的透射强度，因此选择良好的试验条件以削减后四类射线的影响，就成为获得准确结果的主要因素试验时要合理的选择吸取片与放射源， 吸取片与探测器之间的相对位置以获得良好的试验结果装置试验装置的示意图见图 5探测器，〔计数管探头，FJ-365，一台及计数管，FJ-104，一支或 NaI〔Tl〕闪耀计数器，FJ-367，一个〕；自动定标器，FH-408，一台；放射源，60Co〔或 137Cs〕毫居级，1 个； 吸取片，铅、铜、铝，假设干片。

步骤1. 调整装置，使放射源、准直孔、探测器的中心处在一条直线上2. 选择吸取片的适宜位置，使小角散射的次级g 射线影响较小〔称为良好的几何条件〕和影响较大〔称为不好的几何条件〕的两种状况下，各做一条对铅材料的g 吸收曲线，各点统计误差要求<〔2-3〕%3. 在良好的几何条件下，做一条对铜或铝的 g 吸取曲线，各点的统计误差要求<(2-3)%.4. 测量g 射线在铅和铜中的吸取曲线时，所加吸取片的总厚度应不小于三个半吸收厚度，对铝要求不小于两个半吸取厚度试验数据处理分析1. 最差几何条件铁材料Linear model Poly1: f(x) = p1*x + p2Coefficients (with 95% confidence bounds): p1 = ,p2 = ,Goodness of fit:SSE:R-square:Adjusted R-square: RMSE:2. 最优几何条件铁材料Linear model Poly1: f(x) = p1*x + p2Coefficients (with 95% confidence bounds): p1 = ,p2 = ,Goodness of fit:SSE:R-square:Adjusted R-square:RMSE:3. 最差几何条件铅材料Linear model Poly1: f(x) = p1*x + p2Coefficients (with 95% confidence bounds): p1 = ,p2 = ,Goodness of fit:SSE:R-square:Adjusted R-square:RMSE:4. 最优几何条件铅材料Linear model Poly1: f(x) = p1*x + p2Coefficients (with 95% confidence bounds): p1 = ,p2 = ,Goodness of fit:SSE:R-square:Adjusted R-square:RMSE:方法一：Fe:u1= d1/2=u1= Pb:u2= d1/2== 方法二：从计数值到达初始值的一半： 最优几何条件铁： d1/2=最优几何条件铅：d1/2=结果分析：从铁和铅的吸取曲线上看，最优和最差的斜率相近，且最优条件斜率大，这是符合理论的。

至于从计数值上直接看出半吸取厚度与方法一对于铁相差较大，统计涨落大的缘由还有一大局部缘由在于平均加铁的厚度太大，导致不够精细思考题1. 什么叫 射线被吸取了为什么说 射线通过物质时没有确定的射程2. 什么样的几何布置条件才是良好的几何条件在图5 所示的试验装置图中吸片的位置应当放在靠近放射源还是靠近计数管的地方3. 试分析在不好的几何条件下，测出的半吸取厚度是偏大还是偏小为什么4. 试述本试验中的本底应如何测量又本底的误差应如何考虑5. 假设事先并不知道 射线的能量，怎样才能合理地选择每次添加的吸取片厚度，使测量结果既快速，结果也比较准确1. 伽马射线与物质相互作用，能量耗尽在靶物质里 伽马射线与物质的相互作用和带电粒子与物质相互作用有着显著的不同伽马光子不带电，它不像带电粒子那样直接与靶物质原子电子发生库仑碰撞而使之电离或者激发，或者与靶物质核发生碰撞导致弹性碰撞能量损失或者辐射损失，因而不能像带电粒子那样用核阻挡本领和射程来描述光子在物质中的行为2. 使得小角散射少，使四周散射进来的伽马射线少的布置条件才是良好的几何条件应当放在远物质的地方3. 偏大。