NaITl单晶γ能谱测量.docx

NaITl单晶γ能谱测量NaI（Tl）单晶γ能谱的丈量一、实验目的1、加深对γ射线和物质互相作用的理解；2、掌握NaI(Tl)γ谱仪的原理及使用方法；3、学会丈量解析γ能谱；4、学会测定γ谱仪的能量分辨率、线性、探测效率曲线；5、测定未知放射源的能量和活度二、实验原理1、γ谱仪的构成图1γ谱仪的构成框图NaI(Tl)闪耀谱仪由NaI(Tl)闪耀探头（包含闪耀体、光电倍增管、前置放大器）、高压电源以及谱仪放大器、多道解析器、计算机等设备构成图1为NaI(Tl)闪耀谱仪装置的表示图此种谱仪既能对辐射强度进行丈量又可作辐射能量的解析，同时拥有对射线探测效率高（比G-M计数器高几十倍）和分辨时间短的长处，是当前广泛使用的一种辐射探测装置2、射线与闪耀体的互相作用由能带理论，卤化碱晶体能带由价带、禁带和导带构成能量最低的为价带，平时为晶体格子所约束住的电子；中间的一层叫做禁带就本征晶体而言，禁带中不存在电子但若/25在价带中的电子获取了足够的能量，则可跃迁至导带，并在价带中产生一个空穴在导带中的电子及在价带中的空穴均可以自由运动同时导带中的电子可能会跃迁回到价带与空穴复合而发出光子但是在本征晶体中，电子与空穴复合放出光子的机率是特别小的。

况且，因为价带与导带之间的能隙的限制，在上述状况下发出的光子平时能量较高而不在可见光的范围内若在无机闪耀器中加入少许杂质，在晶体中形成缺点，改变了本征晶体的能带结构，在禁带形成了一些新的能带经由这些能态，导带中电子与空穴复合的机率大为增添若选用适合的杂质，可以发出可见光常用的无机晶体闪耀器有NaI(Tl)、CsI(Tl)、CsI(Na)及ZnS(Ag)等当射线入射至闪耀体时，发生三种基真互相作用过程：（1）光电效应；（2）康普顿散射；（3）电子对效应前两种过程中产生电子，后一过程出现正、负电子对这些次级电子获取动能(见表1所示)，次级电子将能量耗费在闪耀体中，使闪耀体中原子电离、激发此后产生荧光光电倍增管的光阴极将采集到的这些光子变换成电子，光电子再在光电倍增管中倍增，最后经过倍增的电子在管子阳极上采集起来，并经过阳极负载电阻形成电压脉冲信号射线与物质的三种作用所产生的次级电子能量各不相同，所以对于一条单能量的射线，闪耀探测器输出的次级电子脉冲幅度仍有一个很宽的分布，分布形状决定于三种互相作用的贡献表1射线在NaI(Tl)闪耀体中互相作用的基本过程依据射线在NaI(Tl)闪耀体中总汲取系数随γ射线能量变化的规律，γ射线能量Eγ<0.3MeV时，光电效应占优势，跟着γ射线能量高升康普顿散射几率增添；在Eγ>1.02MeV此后，则有出现电子对效应的可能性，并跟着γ射线能量连续增添连续增添而变得更加明显。

图2为示波器上观察到的137????0.662MeV单γ能射线的脉冲波形，谱仪测得的能谱图图3是137????、22????和60????放射源的γ能谱图中标出的谱峰称为全能峰在射线能区，光电效应主要发生在K壳层在击出K层电子的同时，外层电子填充K层空穴而发射X光子在闪耀体中，X光子很快地再次光电汲取，将其能量转移给光电子上述两个过程是几乎同时产生的，所以它们相应的光输出必然是叠加在一起的，即由光电效应形成的脉冲幅度直接代表了γ射线的能量（而非Eγ减去该层电子联合能）3、????能谱解析????在衰变过程中，它可发出能量为1.17MeV的β粒子，成为基态的137????；而主要的衰变过程是发出能量为0.514MeV的β粒子，成为激发态的137????，再跃迁到基态发出能量为0.662MeV的单能γ射线，其能谱是有三个峰和一个平台的连续分布峰A称为全能峰，这一幅度的脉冲是0.662MeV的γ光子与闪耀体发生光电效应而产生的，它直接反响了γ射线的能量平台B是康普照顿效应的贡献，它的特色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γ射线射向闪耀体时，总有一部分γ射线没有被汲取而逃逸出，当它与闪耀体四周的物质发生康普顿散射时，反散射光子可能进入闪耀体发生光电效应，其脉冲就产生反散射峰。

D峰是X射线峰它是由137Ba的K层特色X射线贡献的处于激发态的137????在放出内变换电子后，造成K壳层空位，外层电子向K壳层跃迁后产生X光子，因为137????发出的γ射线的能量为0.662MeV（小于1.02MeV）,所以它的闪耀体作用不会发生电子对效应4、闪耀谱仪的性能a) 能量分辨率探测器输出脉冲幅度的形成过程中存在着统计涨落即便是确立能量的粒子的脉冲幅度，也仍拥有必定的分布，其分布表示图如图4所示平时把分布曲线极大值一半处的全宽度称半宽度即FWHM，有时也用E表示半宽度反响了谱仪对相邻脉冲幅度或能量的分辨本事因为有些涨落要素与能量相关，使用相对分辨本事即能量分辨率η更加的确一般谱仪性条件下工作，故η也等于脉冲幅度分辨率，即η=????/??=????/??（1）E(V)和E(V)分别为谱线的对应能量（幅度值）和谱线的半宽度（幅度分布的半宽度）表示出谱仪可以区分能量很凑近的两条谱线的本事，也许说它代表了谱仪可以分辨开（两种能量很周边）的能量差的相对值的极限明显越小越好，表示它能将靠得很近的谱线分开对于一台谱仪来说，近似地有1η∝√??即谱仪的分辨率还与入射粒子的能量有关。

闪耀谱仪的能量分辨率取决于闪耀体、光电倍增管、电子学线路的选择与配合因为此刻电子学线路技术的提升，分辨率主要取决于闪耀体的分辨本事对于单晶NaI（TI）谱仪来说，能量分辨率是以137????的0.662MeV单能γ射线的光电峰为标准的，它的值一般在8-15%，最好可达6-7%能量线性刻度曲线能量线性指谱仪对入射γ射线的能量和它产生的脉冲幅度之间的对应关系一般NaI（Tl）闪耀谱仪在较宽的能量范围内（100keV到1300keV）是近似线性的这是利用该谱仪进行射线能量解析与判断未知放射性核素的重要依照为检查谱仪的能量线性状况，一定利用一组已知能量的γ放射源，测出它们的γ射线在γ谱中相应的全能峰地点（或道址），而后，作出γ能量对脉冲幅度（或道址）的能量刻度曲线这个线性关系可用线性方程表示，即E(xp)=Gxp+E0式中xp为峰位，即道址；E0为截距，即零道对应的能量；G为斜率，即每道对应的能量间隔，又称增益实验顶用的γ核素能量列于表2中实验中欲获取较理想的刻度曲线，还需要注意到放大器及多道解析器的线性，进行必需的检查调整，进行未知γ能量的丈量时，一定保持其丈量条件与能量刻度时的相同。

若丈量条件有较大变化时，应重新进行刻度典型的能量刻度曲线如图5所示：效率刻度曲线当不一样能量的γ射线入射探头时，谱仪的探测效率将随能量发生变化探测效率的定义以下：??(??)ε(E)=??????T为丈量时间；A为放射源活度；b表示能量为E的射线的产额（也称为分支比）；S(E)表示能量为E的射线所对应的全能峰面积（如图6）经过对多种已知活度的γ源进行丈量，可以计算出γ谱仪在不一样能量处的效率，从而拟合获取探测效率随能量的变化规律三、实验仪器NaI（Tl）闪耀探头高压电源多道脉冲幅度解析器计算机示波器放射源5个，铅砖若干四、实验内容及记录解析第一周实验内容：检查线路确认无误后开低压电源，预热几分钟熟习多道脉冲幅度解析器数据采集软件的使用；时间：2012/10/2514:30-15:0015:30-16:00实验记录:a) 实验使用的是高压及放大一体仪器，仪器前面板有放大倍数调理旋钮，高压调理旋钮放大倍数从旋钮上读取，高压则可从数字面板上直接读出实验使用的多道脉冲幅度解析器数据采集软件可以依据道数，丈量时间等参数设置自动进行丈量记录，并最后输出txt文本本件实验结果：基本掌握实验原理，方法，仪器及数据采集软件使用方法。

用示波器观察丈量闪耀体探头输出信号把放射源放在托盘上，将探头和放射源用铅砖障蔽加高压，用脉冲示波器观察探头工作状态时间：2012/10/2515:00-15:30实验记录：此部分实验内容由老师讲解是进行演示，示波器上出现波形，该波形幅度最大的部分有一光明光带，而幅度较小的不停变化的洋溢地域亮带与洋溢区之间明显可见一较暗带域出现3.选择高压、放大倍数、丈量道数等参数；（放射源选择137????，丈量时间200s）时间：2012/10/2516：00-17:30把放射源放在托盘上调理改变高压（350－700V），保持其余条件不变，观察能谱曲线的变化，并记录数据；实验记录：i.保持放大倍数4.78，道数1024不变丈量铯放射源在电压350V时的γ能谱导出文本文件（桌面电压350放大4.78铯137）ii. 条件同上，丈量铯放射源在电压450V，550V，650V时的γ能谱分别导出文本文件（桌面电压450放大4.78铯137）、（桌面电压550放大4.78铯137）、（桌面电压650放大4.78铯137）实验解析与谈论：将实验所得的四个电压下的数据分别作图，以下：图7电压350V放大倍数4.78道数1024图8电压450V放大倍数4.78道数1024图9电压550V放大倍数4.78道数1024图10电压650V放大倍数4.78道数1024解析：i.图7-图10可以发现，当所加电压较低的时候（如图7350V状况），全部通道采集到的粒子数量均为0也许凑近0。

ii.当电压高升（如图8,9450V和550V状况），则可以较全观察到铯137的γ能谱并且比较之下，550V下所得图样更宽，能谱主要部分所在通道中采集到的粒子数更少，全能峰峰值降落更明显当电压太高（如图10650V状况），采集粒子数进一步减少，并且已经不可以观察到全能峰，全能峰在所得能谱右方总结：其余条件不变时，电压主要对应能谱所能丈量的能量范围丈量范围与电压采纳呈负相关电压较低时，丈量范围太广，以致能谱出现会合在开始的几个通道上，甚至没法丈量当逐渐提升电压，丈量范围开始降落，能谱出现，但同时因为通道数不变，每个通道对应的能量范围亦减小，所以每。