γ能谱及γ射线的吸收

1、请下载支持！芨建莆勘荒建荒3系08级姓名：方一日期：6月12日PB08206045节亵菱蝇膂蒯退实验题目：丫能谱及y射线的吸收蛔蟋菊前蚂芈腿实验目的:噩膈莫蔻曹蟆蒂学习闪烁丫谱仪的工作原理和实验方法，研究吸收片对丫射线的吸收规律。辑蚁黄妍覆蚁膈实验原理:袁螂嫄筮腿箍肆Y射线与物质的相互作用薄赣袈羁蔽芍藏y射线与物质原子之间的相互作用主要有三种方式：光电效应、康普顿散射、电子对效应。腿蚀赚黄菜芳犀1）光电效应芈劳滕薄康方肃当能量E的入射y光子与物质中原子的束缚电子相互作用时，光子可以把全部能量转移给某个束缚电子，使电子脱离原子束缚而发射出去，光子本身消失，发射出去的电子称为光电子，这种过程称为光电效应发射出光电子的动能虿妨聿蚕蔗袅勘Ee EBi1）Bi为束缚电子所在壳层的结合能。原子内层电子脱离原子后留下空位形染膈述温募要聿成激发原子，其外部壳层的电子会填补空位并放出特征X射线。例如L层电子跃迁到K层，放出该原子的K系特征X射线。群ism蜗薇蚀2）康普顿效应蜜膈肆祎箴肄肃y光子与自由静止的电子发生碰撞，而将一部分能量转移给电子,使电子成为反冲电子，T光子被散射改变了原来的能量和方向。计算

2、给出反冲电子的动能为E2(1cos)E27上T2m0cE(1cos)im0cE(1cos)Ee 蒂 薄 黑 赚 荒 袅 誉莆瞧蝇蒙泡原芨式中mc2为电子静止质量，角度9是r光子的散射角，见图，小(2)与9间有以下关系:cot2mctan一2(3)莅薄薄艘神膀募薄莉蚂芈腿节契当y光子能量大于 2mc2时，T光子从原子核旁边经过并受到核的库仑场作用，可能转化为一个正电子和一个负电子，称为电子对效应。此时光子能量可表示为两个电子的动能与静止能量之和，如莫蔻曹蟆蒂近EEeEe2m0c2(5)2黄妍凌蚁膈豆膈其中2m0c1.02MeV0蜩筮腿箍肆篝蚁综上所述，y光子与物质相遇时，通过与物质原子发生光电效应、康普顿效应或电子对效应而损失能量，其结果是产生次级带电粒子，如光电子、反冲电子或正负电子对。次级带电粒子的能量与入射T光子的能量直接相关，因此，可通过测量次级带电粒子的能量求得T光子的能量。袈羁蔽芍藏袁蝴闪烁Y能谱仪赚量桀为康薄赣2.1、闪烁谱仪的结构框图及各部分的功能滕薄屋方肃腿蚀闪烁谱仪的结构框图示于图，它可分为闪烁探头、供电与信号放大模块、计算机数据采集系统等三部分。以下分别介绍各部分的

3、功能。(1)聿蚕蔗袅勘芈节闪烁探头隆蒙荽聿蔓妨闪烁探头包括闪烁体、光电倍增管、分压电路以及屏蔽外壳。实验中用无机闪烁体如测量T能谱多使蜜丸蜗薇蚀菜膈图闪烁能谱仪结构框图NaI(T1)晶体。闪烁体的功能是在次级带电粒子的作用下产生数目与入射Y光子能量相关的荧光光子。这些荧光光子被光导层引向光电倍增管,并在其光敏阴极再次发生光电效应而产生光电子，这些光电子经过一系列倍增极的倍增放大，从而使光电子的数目大大增加，最后在光电倍增管的阳极上形成脉冲信号。脉冲数目是和进入闪烁体T光子数目相对应的。而脉冲的幅度与在闪烁体中产生的荧光光子数目成正比，从而和T射线在闪烁体中损失的能量成正比。肆祎箴肄肃好整个闪烁探头应安装在屏蔽暗盒内以避免可见光对光电倍增管的照射而引起损坏(2)墨赚共袅血膈供电与信号放大模块蝇蒙硒芨蒂薄高压电源通过分压电路为光电倍增管阳极和各倍增极提供工作电压。由于探头输出的脉冲信号幅度很小，需要经过线性放大器将信号幅度按线性比例进行放大，一般输入脉冲的极性正或负均可，输出脉冲均为正极性，放大倍数可通过十圈电位器连续调节。(3) 蒲艘神膀募莆瞩计算机数据采集系统蚂肇蜗董蠢莅薄数据采集系统

4、包括多道脉冲幅度分析器及其软件。多道脉冲幅度分析器的功能是将输入的脉冲按其幅度不同分别送入相对应的道址(即不同的存贮单元)中，通过软件可直接给出各道址(对应不同的脉冲幅度)中所记录的脉冲数目，因此测量能谱就非常方便。芾唐袂嵋薄肇螃闪烁T能谱仪正是利用T光子与闪烁体相互作用时产生次级带电粒子，进而由次级带电粒子引起闪烁体发射荧光光子，通过这些荧光光子的数目来推出次级带电粒子的能量，再推出T光子的能量，以达到测量T射线能谱的目的。黄建荒蛔神精荒2.2、丫能谱的形状脉冲幅度或Y射线的能量。道址膂索腿芨建莆勘闪烁T能谱仪可测得Y能谱的形状，图137CS,横轴为道址，对应于蚂芈腿节袭蔓蝇从能谱图上看，有几个较为明显的峰，光电峰Ee,又称全能峰，其能量就对应Y射线的能量E。这是由于丫射线进入闪烁体后，由于光电效应产生光电子，能量关系见式(1),其全部能量被闪烁体图，2.1-6,C，的;能诺图请下载支持!吸收。光电子逸出原子会留下空位，必然有外壳层上的电子跃入填充，同时放出能量EzBi的X射线，一般来说，闪烁体对低能X射线有很强的吸收作用，这样闪烁体就吸收了EeEz的全部能量，所以光电峰的能量就代表

5、丫射线的能量,对137Cs,此能量为0.661MeVEc即为康普顿边界，对应反冲电子的最大能量覆蚁峥膈英蔻背散射峰Eb是由射线与闪烁体屏蔽层等物质发生反向散射后进入闪烁体内而形成的光电峰，一般背散射峰很小。腿箍肆辑蚁黄妍2.3、谱仪的能量刻度和分辨率蔽芍藏袁螂i崛筮(1)谱仪的能量刻度菜芳康薄赣袈羁闪烁谱仪测得的Y射线能谱的形状及其各峰对应的能量值由核素的蜕变纲图所决定，是各核素的特征反映。但各峰所对应的脉冲幅度是与工作条件有关系的。如光电倍增管高压改变、线性放大器放大倍数不同等，都会改变各峰位在横轴上的位置，也即改变了能量轴的刻度。因此，应用T谱仪测定未知射线能谱时，必须先用已知能量的核素能谱来标定T谱仪。康方肃胆蚀赚黄由于能量与各峰位道址是线性的：EkNb,因此能量刻度就是设法得到k和bo例如选择137cs的光电峰E=0.661MeV和60Co的光电峰E11.17MeV如果对应E10.661MeV的光电峰位于N道，对应E21.17MeV的光电峰位于N2道，则有能量刻度1.170.661(0.6611.17)k(N1N2)x/kMeVb-MeV蔗袅勘芈劳滕薄N2N12(6)募荽聿盆妨

6、聿毒将测得的未知光电峰对应的道址N代入EkNb即可得到对应的能量值。期薇蚀菜膈蓬薄(2)谱仪分辨率菽肄肃芨H量充丫能谱仪的一个重要指标是能量分辨率。由于闪烁谱仪测量粒子能量请下载支持!过程中，伴随着一系列统计涨落过程，如T光子进入闪烁体内损失能量、产生荧光光子、荧光光子在光阴极上打出光电子、光电子在倍增极上逐级倍增等等，这些统计涨落使脉冲的幅度服从统计规律而有一定分布的。荒袅肆祎定义谱仪能量分辨率蒂蜘芨蒂薄黑赚FWHME100%(9)神膀蒙莆瞧蝇蒙其中FWHM(FullWidthHalfMaximum)表示选定能谱峰的半高全宽,E为与谱峰对应的光子能量，表示闪烁谱仪在测量能量时能够分辨两条靠近的谱线的本领。目前一般的NaI闪烁谱仪对137cs光电峰的分辨率在10流右。对的影响因素很多，如闪烁体、光电倍增管等等。蜗童舞莅菊着艘3、物质对Y射线的吸收袂嵋薄肇螃蚂肇当y射线穿过物质时，一旦与物质中的原子发生三种相互作用，原来的光子就消失或通过散射改变入射方向。通常把通过物质且未经相互作用的光子所组成的射线称为窄束T射线(或良好几何条件下的射线束)。实验表明，单能窄束Y射线的衰减遵循指数规律：

7、1. -荒蛔袍辐蔻芾唐腿芨建莆苗黄建其中，分别是通过物质前、后的Y射线强度，在本实验中可用全能峰的峰面积表示，是T射线通过物质的厚度，叼是三种作用截面之和，N是吸收物质单位体积的原子数，是物质的线性吸收系数，表示单位路程上T射线与物质发生三种相互作用的总几率，其大小反映了物质吸收T射线能力的大小。腿节裂菱蝇膂u可见，如果在半对数坐标图上绘制吸收曲线，那么这条曲线就是一条直线，直线的斜率的绝对值就是线性吸收系数。蒂蛔帔薄莉蚂芈y射线强度减弱一半所需的吸收层厚度称为半吸收厚度dr，从(8)式可知：ln 2 0.693请下载支持!肆蟹蚁黄蟒藻蚁实验仪器藏袁蛔崛筮腿箍闪烁T能谱仪、Co60放射源、Cs137放射源、铜片10块犀踌赣袈羁蔽其实验内容肃胆蚀赚黄菜芳1.实验前开启高压电源，预热20分钟;甘芈劳滕踌廛方2.测量并观察137cs和60Co的丫能谱的形状，在图上指出光电峰、康普顿边界、电子对峰、背散射峰等峰位；FWHM/聿慕妨聿蚕点袅3.根据公式一E100%测量Y能谱仪能量的分辨率；蚀菜膈蓬薄蒙荽4.在放射源前增加铜片的厚度，测量137cs的丫射线在铜片中的吸收曲线，求出相应的线性吸收系数

8、和平吸收厚度。肃芨m量充蜗薇数据处理：爸量疆肆祎菽肄1.测Co60右侧光电峰能量芨蒂薄黑赚荒袅由公式蒙莆瞧蝇蒙蒂崛将N2=788.8N1=416.8代入得k=1.368103MeVb=9.087102MeV芽莅薄薄艘神膀将Co60右侧光电峰道址代入，得E=1.337MeV薄肇螃蚂肇蜗蜜查阅资料得真实值为E0=1.33MeV搦1蔻芾唐袂嵋测量相对误差x=(1.337-1.33)/1.33*100%=0.53%、一，一13760建莆勘黄建荒蛔2.测量cs和Co的丫能谱图，指出各峰位裂菱蝇膂索腿芨自动寻峰：光电峰道址为416.8何前蚂芈腿节自动寻峰：左侧道址788.8,右侧道址910.8.膈奥蔻曹蟆蒂蛔3.测量能量分辨率蚁黄蟒藻蚁股黑实验测得峰半高宽FWHM=42.7螂嫄筮腿箍肆雷对应光电峰道址416.8赣袈羁蔽其藏袁由公式蚀赚黄菜芳康薄得=42.7/416.8*100%=10.24%劳滕薄康方肃腿4.测量137cs的Y射线在铜片中的吸收曲线妨聿蚕葭袅勘芈测量数据列表如下m蜜充蜗薇蚀藻峰面积疆肆祎菽肄肃芨单片铜片厚度(mm薄黑赚荒袅誉蜜，总厚度x(mrm膈强港蒙要中岛铜片数糖蝇蒙蒂崛芨蒂0薄薄艘初膀募莆103296螃蚂肇蜗童芽莅0袂芾唐袂嵋踌肇0勘黄建荒蛔神精1蝇膂索腿芨建莆89776前蚂芈腿节裂菱3.14惹曹蟆蒂蛔爆薄3.14蟒藻蚁疆黑膈奥2筮腿箍肆辑蚁黄78326羁蔽其藏袁卿原2.90黄菜方康薄赣袈6.043669173.009.044584592.8411.885499842.9014.786433152.9017.687369232.9620.648321342.8023.449274162.8826.3210234952.8029.12根据表中数据用计算机软件作出ln(I/I0)对乂的拟合曲线由公式得ln(I/I0)=-ux-1由表中数据u=0.0510mm所以半吸收厚度d1,噂Q693mm13.59mm120.0510误差分析1.测量137cs和60co的丫能谱图时，误差与测量时间的长短有关，时间越长由于请下载支持！137随机现象造成的误差越小，所得的图像也越准确，如Cs的峰值要达到2000，60Co的第二个峰值要达到400也是这个道理。2. 用游标卡尺测铜片的厚度时会有误差，应该可以用多次测量求平均值的方法来把误差减少到最低限度。3. 在采用软件自动

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