1、实验报告系 级 姓名 日期 No. 评分： 实验题目： 能谱及 射线的吸收实验目的： 学习闪烁 谱仪的工作原理和实验方法，研究吸收片对 射线的吸收规律实验原理： 1. 能谱的形状闪烁 能谱仪可测得 能谱的形状，下图所示是典型 的 射线能谱图。图的纵轴代表单位时间内的脉Cs137冲数目即射线强度，横轴代表脉冲幅度即反映粒子的能量值。从能谱图上看，有几个较为明显的峰，光电峰 ，又称全能峰，其能量就对应 射线的能量 。这是由eEE于 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） ，如果闪烁体大小合适，光电子停留在其中，可使光电子的全部能量被闪烁体吸收。光电子逸出原子会留下空位，必然有
2、外壳层上的电子跃入填充，同时放出能量 的 X 射线，一般来说，闪烁体对低能射线有很强的吸收作用，这样闪烁体就吸收了izBE的全部能量，所以光电峰的能量就代表 射线的能量，对 ，此能量为 0.661e 。ze Cs137即为康普顿边界，对应反冲电子的最大能量。C背散射峰 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，形成的光电峰，一般峰很小。bE2谱仪的能量刻度和分辨率（1）谱仪的能量刻度闪烁谱仪测得的 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。但测得的光电峰所对应的脉冲幅度（即峰值在横轴上所处的位置）是与工作条件有关系的。如光电倍增管高压改变、线性
3、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 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谱仪的能量刻度，即给出每道所对应的能量增值。例如选择 的光电峰 0.661e和 的光电峰 、 等能量Cs137ECo60MeVE17. eVE3.12值，先分别测量两核素的 能谱，得到光电峰所对应的多道分析器上的道址（若不用多道分析器，可给出各峰位所为应的单道分析器上的阈值） 。可以认为能量与峰值脉冲的幅度是线性的，因此根据已知能量值，就可以计算出多道分析器的能量刻度值。如果对应 的光电峰位于道，对应 的光电eVE61.01 eVE17.2峰位于道，则
4、有能量刻度（1）MeVABe61.07.测得未知光电峰对应的道址再乘以 e 值即为其能量值。（2）谱仪分辨率 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过程中，伴随着一系列统计涨落因素，如 光子进入闪烁体内损失能量、产生荧光光子、荧光光子进入光电倍增管后，在阴极上打出光电子、光电子在倍增极上逐级打出光电子而使数目倍增，最后在阳极上形成电流脉冲等，脉冲的高度是服从统计规律而有一定分布的。光电峰的宽窄反映着谱仪对能量分辨的能力。如图 2.2.1-7 中所示的光电峰的描绘，定义谱仪能量分辨率 为（2）%10VE光 电 峰 脉 冲 幅 度半 高 度表示闪烁谱仪在测量能量时能够分辨两条靠
5、近的谱线的本领。目前一般的闪烁谱仪分辨率在 10%左右。对 的影响因素很多，如闪烁体、光电倍增管等等。(3)物质对 射线的吸收当 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 射线（或良好几何条件下的射线束） 。实验表明，单能窄束 射线的衰减遵循指数规律：（8）=0=0其中 、 分别是通过物质前、后的 射线强度，在本实验中可用全能峰的峰面积表示， 是 射线通过物质的0 厚度， 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 射线与物质发生三种相互作用
6、的总几率，其大小反映了物质吸收 射线能力的大小。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。 射线强度减弱一半所需的吸收层厚度称为半吸收厚度 ，从（8）式可知：12d（9）12ln0.693实验内容： 熟悉仪器，开启高压电源，预热 20 分钟； 用多道分析器测量并观察 和 的 能谱的形状，截取能谱图，在图上指出光电峰、康普Cs137o60顿边界、电子对峰、背散射峰等峰位； 137Cs 的光电峰对应能量为 0.661MeV， 60Co 的左侧光电峰能量为 1.17MeV，请对谱仪进行能量刻度、作图，并测量 60Co 的右侧光电峰能量 确定
7、 137Cs 光电峰的能量分辨率 （不扣本底） 选择良好的实验条件，测量 的 射线在紫铜吸收片中的吸收曲线（要求至少 10 个点，各点Cs137统计误差小于 2%） ，求出相应的线性吸收系数和半吸收厚度。实验数据：1. 和 的 能谱图Cs137o60的能谱图的能谱图：Co602.能谱仪的能量刻度并测量 右侧光电峰的值Co60实验测得：峰值道址：454Cs137：右光电峰道址： 938，左光电峰道址：817o60已知 的光电峰 ， 左光电峰道址Cs137MevE61.01Co60 MevE17.2有能量刻度 道/14.587 32 evABe 根据测得的 右光电峰的道址，有 右光电峰能量Co60
8、 Co60 MevCE32.19804.133 已知 右光电峰能量为60 MevE3.12相对误差 ，与理论值吻合得较好%75.03.12通过作图也可以发现， 的右光电峰确实落在 光电峰和 左光电峰形成的直线上Co60 Cs137o603.能谱仪的能量分辨率测得的 光电峰半高宽 39.1 道，Cs137 MeveE0548.14.391. 3能量分辨率 %3.861.0541E由于未扣本底，与计算机得出的结果 有一定误差.4. 的 射线的线性吸收系数和半吸收厚度Cs137穿透的铜片厚度铜片编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10厚度(cm) 0.294 0.284 0.290 0.300
9、 0.288 0.296 0.286 0.286 0.288 0.290按顺序每次叠加一个铜片，那么穿透厚度 x 为穿透厚度 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10厚度(cm) 0.294 0.578 0.868 1.168 1.456 1.752 2.038 2.324 2.612 2.902每次穿透过后的光强，即光电峰的面积为放铜片编号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10光强 27954 23538 20098 17181 14444 12156 10381 8918 7501 6407 5665在半对数坐标纸上作图，得到线性拟合得到直线斜率 k=-0.5567，又吸收系数 =-k故吸收系数=0.5567半吸收厚度 cmd245.167.0932ln1思考题：1、 用闪烁谱仪测量 射线能谱时，要求在多道分析器的道址范围内能同时测量出 和 的光电峰，应Cs137o60如何选择合适的工作条件？在测量过程中该工作条件可否改变？答：合适的工作条件，要求能够充分利用多道分析器的道址范围，具体来说，就是要求 的右光电峰恰60好能够完全显示，因为 的右光电峰能量最大，为Co60 MevE3.12试验中的工作条件即为 500V 左右在测量过程中，此条件不可改变。若改变，将道址能谱图整体平移。如果在测量能量刻度是发生平移，将造成实验结果的错误
