射线的吸收与物质吸收系数预习报告.doc

射线的吸收与物质吸收系数射线的吸收与物质吸收系数的测定的测定摘要：摘要：本实验主要目的验证窄束γ 射线通过物质时其强度减弱遵循指数规律，测量 γ 射线在不同厚度的铅或铜或铝中的吸收系数通过对 γ 射线的吸收特性，分析与物质的吸收系数与物质的密度，厚度等因素有关关键字：关键字：窄束γ 射线 吸收系数 吸收特性引言引言由于射线与物质的相互作用，使射线通过一定厚度物质后，能量或强度有一定的减弱，称为物质对射线的吸收研究物质对射线的吸收规律，不同物质的吸收性能等，在防护核辐射、核技术应用和材料科学等许多领域都有重要意义本实验是要学习和掌握 γ 射线与物质相互作用的特性，并且测定窄束 γ射线在不同物质中的吸收系数 μ而 γ 跃迁可定义为一个核由激发态到较低的激发态、而原子序数 Z 和质数A 均保持不变的退激发过程所谓窄束 γ 射线是指不包括散射成份的射线束，通过吸收片后的 γ 光子，仅由未经相互作用或称为未经碰撞的光子所组成 “窄束”一词是实验上通过准直器得到细小的束而取名这里所说的“窄束”并不是指几何学上的细小，而是指物理意义上的“窄束”即使射线束有一定宽度，只要其中没有散射光子，就可称之为“窄束”。

正文正文一．实验原理一．实验原理 1.11.1射线与物质的作用射线与物质的作用射线是由于原子核由激发态到较低的激发态退激（而原子序数 Z 和质量数 A 均保持不变）的过程中产生的，包括：（1）或衰变的副产品（2）核反应（3）基态激发三部分，是处于激发态原子核损失能量的最显著方式；由于射线具不带电、静止质量为 0等特点决定了它同物质的作用方式与带电粒子不同，带电粒子(或粒子等)在一连串的多次电离和激发事件中不断地损失其能量，而射线与物质的相互作用却在单次事件中完全吸收或散射光子 (射线)通过物体时会与其中的下述带电体发生相互作用：1） 被束缚在原子中的电子；2） 自由电子(单个电子)；3） 库仑场(核或电子的)；4） 核子(单个核子或整个核)这些类型的相互作用可以导致：光子的完全吸收、弹性散射、非弹性散射三种效应中的一种（在从约 10KeV 到约 10MeV 范围内，大部分相互作用产生下列过程中的一种）表现为：光电效应：光电效应：低能光子所有的能量被一个束缚电子吸收，核电子将其能量的一部分用来克服原子对它的束缚，成为光电子；其余的能量则作为动能，发生光电效应 (光电效应)康普顿效应：康普顿效应： 光子还可以被原子或单个电子散射，当光子的能量（约在 1MeV）大大超过电子的结合能时，光子与核外电子发生非弹性碰撞，光子的一部分能量转移给电子，使它反冲出来，而散射光子的能量和运动方向都发生了变化，发生康普顿效应。

(康普顿效应)电子对效应：电子对效应：若入射光子的能量超过 1.02MeV，光子在带电粒子的库仑场作用下则可能产生正、负电子对，产生的电子对总动能等于光子能量减去这两个电子的静止质量能(2mc2=1.022MeV) (电子对效应)从上面的讨论可以清楚地看到，当光子穿过吸收物质时，通过与物质原子发生光电效应、康普顿效应和电子对效应损失能量；射线一旦与吸收物质原子发生这三种相互作用，原来能量为 h的光子就消失，或散射后能量改变、并偏离原来的入射方向；总之，一旦发生相互作用，就从原来的入射束中移去1.21.2物质对物质对射线的吸收规律射线的吸收规律窄束射线在穿过物质时，由于上述三种效应，其强度就会减弱，这种现象称为射线的吸收射线强度随物质厚度的衰减服从指数规律，即（2—1）xNxeIeIIr00其中，I0、I 分别是穿过物质前、后的 γ 射线强度，x 是射线穿过的物质的厚度（单位 cm） ，σr是光电、康普顿、电子对三种效应截面之和，N 是吸收物质单位体积中的原子数，μ 是物质的线性吸收系数（μ=σrN，单位为cm） 。

显然 μ 的大小反映了物质吸收 γ 射线能力的大小需要说明的是，吸收系数 μ 是物质的原子序数 Z 和射线能量的函数，且：pcph式中、、分别为光电、康普顿、电子对效应的线性吸收系数；其中：phcp、、（Z 为物质的原子序数） 射线与物质相互作用的三种5ZphZc2Zp效应的截面都是随入射γ 射线的能量 E和吸收物质的原子序数 Z 而改变射线的线性吸收系数 μ 是三种效应的线性吸收系数之和右图给出了铅对射线的线性吸收系数与射线能量的线性关系实际工作中常用质量厚度 Rm（g/cm2）来表示吸收体厚度，以消除密度的影响因此（3—1）式可表达为（2—2）/ 0)(RmeIRI由于在相同的实验条件下，某一时刻的计数率 N 总与该时刻的射线强度 I 成正比，又对（3—2）式取对数得：（2—3）由此可见，如果将吸收曲线在半对数坐标纸上作图，将得出一条直线，如右图所示可以从这条直线的斜率求出，即/m（2—4）0lnlnmNRN  1212lnln RRNNm 除吸收系数外，物质对射线的吸收能力也经常用“半吸收厚度”表示。

所谓“半吸收厚度”就是使入射的射线强度减弱到一半时的吸收物质的厚度，记作：（2—5）693. 02ln 2/1d二．实验目的二．实验目的a)了解射线与物质相互作用的特性b)了解窄束射线在物质中的吸收规律以及测量其在不同物质中的吸收系数三．实验器材．实验器材①放射源137Cs 和60Co(强度≈1.5 微居里)；②200mAl 窗 NaI(Tl)闪烁探头；③高压电源、放大器、多道脉冲幅度分析器；④Pb、Cu、Al 吸收片若干；微机四．实验步骤和内容四．实验步骤和内容4.1 实验步骤：1)调整实验装置，使放射源、准直孔、闪烁探测器的中心位于一条直线上2)在闪烁探测器和放射源之间加上 0、1、2 片已知质量厚度的吸收片（所加吸收片最后的总厚度要能吸收射线 70%以上） ，进行定时测量（建议 t=1200 秒） ，并存下实验谱图3)计算所要研究的光电峰净面积 Ai=Ag-Ab，这样求出的 Ai就对应公式中的 Ii、Ni4)分别用作图法和最小二乘法计算吸收片材料的质量吸收系数5)依照上述步骤测量 Pb、Al 对137Cs 的 γ 射线（取 0.661MeV 光电峰）的质量吸收系数。

6)测量 Pb、Al 对60Co 的 γ 射线（取 1.17、1.33MeV 光电峰或 1.25MeV 综合峰）的质量吸收系数（选做） 7)利用 Al 对137Cs 的射线（取 0.661MeV 光电峰）的质量吸收系数测 Al 片厚度4.2 实验内容：1、测量的射线（取 0.661MeV 光电峰）在一组吸收片铅中的吸收曲线，sC137并用最小二乘原理拟合求线性吸收系数2、测量的射线（取 1.17,1.33MeV 光电峰，按 1.25MeV 平均能量计算）oC60在一组吸收铅片中的吸收曲线，并用最小二乘原理拟合求线性吸收系数3、根据已知一定放射源对一定材料的吸收系数来测量该材料的厚度参考文献参考文献[1]林根金等.近代物理实验讲义[M].浙江师范大学数理信息学院近代物理实验 室.2011NaI(TI)单晶 γ 闪烁谱仪与 γ 射线能谱的测量陈媛媛 物理 091 班 09180104 摘要：摘要：本文主要介绍了)(TINaI闪烁谱仪的工作原理及其结构和操作、调整、使用的具体方法，并且了解射线能谱的测量的基本方法，并详细阐述了单道脉冲幅度分析器和多道脉冲幅度分析器的工作原理在文中我们知道通过NaI（Tl）γ 单晶体闪烁体整套装置，掌握能量的分辨率、峰康比、线性等各项指标的基本知识，学习测量及分析137Cs、60Co 的 γ 能谱，并对谱形进行光滑，寻峰和曲线拟合。

关键词关键词：：)(TINaI闪烁谱仪 射线能谱 谱形分析引言引言放射性物质含有许多不稳定原子这些原子在核衰变时辐射出、、 射线和中子流等，并且具有一定的能量射线是原子核从激发态跃迁到低能态或基态时所产生的一种辐射将射线的次级电子按不同的能量分别进行强度测量，即“能谱” ，通过电子学仪器得到它的能谱图 在放射性测量工作中,对 γ 射线的测量是一个非常重要的组成部分,对γ 射线的测量通常有强度测量和能谱测量两种方式 )(TINaI单晶闪烁谱仪是一种常用的对 γ 射线进行能谱测量的谱仪,它的闪烁探测器是利用带电粒子或非带电粒子与某些物质的相互作用下转化成为带电粒子对物质原子的激发，从而会产生发光效应的特性来测量射线的仪器它的主要优点是即能测量各种类型的带电粒子，又能探测中性粒子；即能测量粒子强度，又能测量粒子能量，并且探测效率高，并且它与高纯锗 γ 谱仪相比具有探测效率高,)(TINaI晶体便于加工成各种形状,价格便宜等特点,因而在环境测量、工业检测以及监测等方面有着广泛的应用正文正文一．一．Na（（Tl）闪烁谱仪）闪烁谱仪1.1 Na（（Tl）闪烁谱仪的概述）闪烁谱仪的概述典型的Na I ( Tl) 闪烁谱仪由Na I ( Tl) 闪烁探头、放大器、高压电源、低压电源、多道脉冲幅度分析器、计算机等部分组成,其中Na I ( Tl) 闪烁探头包括Na I ( Tl) 闪烁晶体、光电倍增管、分压器、电压灵敏前置放大器。

当γ 射线与Na I ( Tl) 闪烁晶体作用后,Na I ( Tl) 闪烁晶体发出光子,光子入射到光电倍增管的光阴极后打出光电子,光电子经聚集后射向倍增极,经各个倍增极倍增后的电子到阳极收集而形成电压脉冲,该电压脉冲经过放大器放大送入多道脉冲幅度分析器分析,再经过一个多道接口板与计算机连接. 计算机通过专用多道软件可以实现把所测量的谱数据进行谱数据输入、谱数据处理、谱数据输出等操作.我们今天实验主要了解的是有关于闪烁探测器的基本知识核辐射与某些物质相互作用会使其电离、激发而发射荧光，闪烁探测器就是利用这一特性来工作的下图是闪烁探测器组成的示意图闪烁探测器闪烁探测器有闪烁体、光电倍增管和相应的电子仪器三个主要部分组成1）闪烁晶体：它是用来将射线在其中损失的能量成比列地转换成荧光光子的元件本实验室采用无机盐（NaI）晶体，激活剂为（Tl） 2）光电倍增管：将微弱荧光信号放大并转化成电压脉冲信号光电倍增管的结构如图它由光阴极 K、收集电子的阳极 A 和在光阴极与阳极之间十个左右能发射二次电子的次阴极 D（又称倍增极、打拿极或联极）构成在每个电极上加上正电压，相邻的两个电极之间的电位差一般在 100V 左右。

当闪烁体放出的光子打到光阴极上时，发生光电效应，打出的光电子被加速聚集到第一倍增极 D1 上，平均每个光电子在 D1 上打出 3～6 个次电子，增值后的电子又为D1 和 D2 之间的电场加速，打到第二倍增极 D2 上，平均每个电子又打出 3～6个次级电子，……这样经过 n 级倍增以后，在阳极上就收集到大量的电子，在负载上形成一个电压脉冲闪烁探测器的工作闪烁探测器的工作可分为五个相互联系的过程：1)射线进入闪烁体，与之发生相互作用，闪烁体吸收带电粒子能量而使原子、分子电离和激发;2)受激原子、分子退激时发射荧光光子；3)利用反射物和光导体将闪烁光子尽可能多地收集到光电增管的光阴极上，由于光电效应，光子在光阴极上击出光电子； 4）光电子在光电倍增管中倍增，数量由一个增加到 104~109个．电子流在 阳极负载上产生电信号； 5）此电信号由电子仪器记录和分析1.2 NaINaI（（TlTl）单晶）单晶 γγ 闪烁谱仪的主要指标闪烁谱仪的主要指标a. 能量分辨率：由于单能带电粒子在闪烁体内损失能量引起的闪烁发光所放出的荧光光子数有统计涨落；一定。