1、课程论文题目：室内环境的放射性测量研究班级： 09 物理本科班 姓名： 学号： 0908000 指导老师： 郭金水 探究电流表内外接的误差实验人 李金凯 090800016罗雅耀 090800026赵安来 0908000531室内环境的放射性测量研究09 物理本科：李金凯 罗雅耀 赵安来指导老师：郭金水摘 要：本实验用 NaI(Tl) 闪烁谱仪来测量室内环境的放射性。通过对室内的角落与中间、室内高处与低处、房间体积大小以及房间是否通风共十六组环境变量进行的放射性测量数据的分析处理，研究影响室内放射性大小的因素。关键词： 射线 NaI(Tl) 闪烁谱仪 室内环境的放射性 1. 引言 射线首先由法
2、国科学家 P.V.维拉德发现， 射线是光子，是由原子核的衰变产生的，当原子核从激发态跃迁到较低能态或基态时，就有可能辐射出 射线。 射线强度按能量分布即为 射线能谱。测量 能谱最常用的仪器是闪烁 能谱仪。某些物质的原子核能发生衰变，会放出射线，核辐射主要有 、 三种射线。射线与物质发生相互作用则产生次级电子或能量较低的射线，将射线的次级电子按不同能量分别进行强度测量，从而得到辐射强度按能量的分布，即为“能谱” 。测量能谱的装置称为 “能谱仪”。2.实验原理某些物质的原子核能发生衰变，放出我们肉眼看不见也感觉不到的射线，核辐射主要有 、 三种射线。我们通过不同的实验仪器能够探测到这些肉眼无法看见
3、的射线。本实验使用的是 闪烁谱仪。 闪烁谱仪内部含有闪烁体，可以把射线的能量转变成光能。实验中采用含 TI（铊）的 NaI 晶体作 射线的探测器。由原子物理学中可知 射线与物质的相互作用主要是光电效应、康普顿散射和正、负电子对这三种过程，其示意图如下：NaI(TI)闪烁探测器的结构如下图所示。整个谱仪由探头（包括闪烁体，光电倍增管，射极跟随器） ，高压电源，线性放大器，多道脉冲幅度分析器等组成。2闪烁探测器由闪烁体、光电倍增管和相应的电子放大器件三个主要部分组成。 （1）闪烁体: 闪烁体是用来把射线的能量转变成光能的。本实验中采用含TI（铊）的 NaI 晶体作 射线的探测器。 （2）光电倍增管
4、: 光电倍增管的结构如图 2。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 36 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 36 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。百叶窗式光电倍增管示意图（3）射极跟
5、随器：光电倍增管输出负脉冲的幅度较小，内阻较高。一般在探头内部安置一级射极跟随器以减少外界干扰的影响，同时使之与线性放大器输入端实现阻抗匹配。（4）线性放大器：由于入射粒子的能量变化范围很大，线性放大器的放大倍数能在 101000 倍范围内变化，对它的要求是稳定性高、线性好和噪声小。开启实验仪器工作时射线通过闪烁体，闪烁体的发光强度与射线在闪烁体内损失的能量成正比，即入射线的能量越大，在闪烁体内损失能量越多，闪烁3体的发光强度也越大。当射线（如 、）进入闪烁体时，在某一地点产生次级电子，它使闪烁体分子电离和激发，退激时发出大量光子（一般光谱范围从可见光到紫外光，并且光子向四面八方发射出去） 。
6、在闪烁体周围包以反射物质，使光子集中向光电倍增管方向射出去，当闪烁光子入射到光阴极上，就会产生光电子，这些光电子受极间电场加速和聚集，在各级打拿极上发生倍增（一个光电子最终可产生 104109 个电子） ，最后被阳级收集。大量电子会在阳极负载上建立起电信号，通常为电流脉冲或电压脉冲，然后通过起阻抗匹配作用的射极跟随器，由电缆将信号传输到电子仪器中去。3.实验步骤与内容3.1 实验装置调节（1）接通电源，开启 谱仪和电脑。仪器自检完成后，预热 10-15 分钟，可正式测量。（2）打开电脑上的 谱仪软件，在主菜单上，按键，进入 ，按键，进入子菜单。在子菜单上，按键，进入“定时测量” ，按键，并根据
7、环境条件选择 200S 测量时间。3.2 放射性测量（1）根据 谱仪的初步测试，确定测量时间 200 秒。（2）实验的放射性测量有四个变量，因此共有 16 中不同环境的情况，需要测量 16 次。（3）明确每次测量所处的状态，制定表格，共需记录 16 次数据。（4）将 谱仪及连接的电脑一起移动到需测量的地点，按。仪器开始测量，等待 200S。200S 内测量人员不能随意走动，环境应尽量保持不变。（5）200S 后，测量自动结束。选定测量范围从 01024 道范围，选择计数，电脑上自动计算出 200S 内的放射次数。将数据记录在表格中的相应位置。然后重新进入等待测量状态。（6）移动 谱仪及电脑到另
8、一指定测量位置，重复（3） 、 （4）中的测量步骤。将测量结果记录在相应的位置。（7）测量了 16 次不同环境的放射性后，将 谱仪及连接的电脑移回原处。依次关闭测量软件、电脑、 谱仪，拔掉电源。44.实验数据记录室内环境的放射性测量数据 t=200s 通风 不通风是否通风位置角落 中间 角落 中间高（142cm）35188 31701 35347 31952大房间（7.7m7.7m) 低（11cm）30700 30164 30755 30335高（142cm）48725 45690 48935 46347小房间（1.59m1.72m） 低（11cm）45029 42586 45356 4220
9、85.数据处理与讨论 每组数据的测量时间为：t=200s. 表格中记录的是 200s 内的放射性总计数。根据表格内的测量数据，运用 Excel 表格做出变量对比图，图表中的环境变量1,、2、3、4、5、6、7、8.是对应的环境变量，这样便于直观对比。5.1 大小房间放射量对比。根据测量数据得出其大小房间放射量对比图如下：大 小 房 间 放 射 量 对 比01000020000300004000050000600001 2 3 4 5 6 7 8 环 境放 射 次 数大 房 间小 房 间5从上图可以很明显的看出，在其他环境条件相同的情况下，小房间的放射性比大房间的放射性更强。5.2 角落与中间放
10、射量的对比。根据测量数据，可得到下面的图表：角 落 与 中 间 放 射 量 对 比 图01000020000300004000050000600001 2 3 4 5 6 7 8 环 境 变 量放 射 次 数中 间角 落根据上图可以明显的得到，在其它条件一定的情况下，房间中间的放射量要低于房间角落的放射量。5.3 不同高度放射量的对比根据实验测得数据可得如下图表：不 同 高 度 放 射 量 对 比 图01000020000300004000050000600001 2 3 4 5 6 7 8 环 境 变 量放 射 次 数高 处地 处6上图可以明显看出，在其他条件相同的情况下，同一房间内高处的放
11、射性高于地处的放射性。但高出的不是很多。5.4 通风与不通风的对比根据测得数据可以得出如下图表：通 风 不 通 风 放 射 量 对 比 图01000020000300004000050000600001 2 3 4 5 6 7 8 环 境 变 量放 射 次 数通 风不 通 风从上图表可以看出，其他条件相同，不通风条件下的室内放射性要略微高于不通风情况下的室内放射性。第八组数据是在小房间低处中间得到的数据，通风条件下的室内放射性稍微高一点。当时就此条件下做了好几组数据，均是这样，因此选择了其中的一组。出现此种情况的原因可能是由于小房间太小了，所以通风与不通风效果差不多。5.5 室内放射性趋势图7
12、室 内 放 射 性 趋 势 图200002500030000350004000045000500001 环 境 变 量放 射 次 数大 房 间 低 中 间 通 风大 房 间 低 中 间 不 通 风大 房 间 低 角 落 通 风大 房 间 低 角 落 不 通 风大 房 间 高 中 间 通 风大 房 间 高 中 间 不 通 风大 房 间 高 角 落 通 风大 房 间 高 角 落 不 通 风小 房 间 低 中 间 不 通 风小 房 间 低 中 间 通 风小 房 间 低 角 落 通 风小 房 间 低 角 落 不 通 风小 房 间 高 中 间 通 风小 房 间 高 中 间 不 通 风小 房 间 高 角
13、落 通 风小 房 间 高 角 落 不 通 风从上图趋势可以看出，小房间的室内放射性要明显强于大房间的，大房间低处中间通风处的室内放射性最低，小房间高处角落不通风的室内放射性最高。6.主要误差本实验会带来一定的误差，其主要误差来源有：（1）实验者在室内实验会带来一定的空气扰动。（2）有实验仪器带来的系统误差。（3）小房间太小了，而且没有窗户，各变量间差异不太明显，给数据分析会带来一定的误差。7.实验结果讨论室内环境关系到我们的健康，室内的建筑材料会有放射性，放射性太高会严重影响到我们的生命健康，此次实验通过测量室内不同大小房间，不同地面高度，距墙面距离，是否通风因素一一测量其放射性。得出的实验数据通过 Excel作图对比得出结论：在室内，通风效果越好，房间越大，越是在中间，越接近地面的地方，其室内的放射性越弱。其表现的也就是，某处的通风性越好，则放射性越低。所以，为了我们的健康，要经常开窗通风，保持室内空气清新。8参考文献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.2009:54-682李帮军. 射线辐射测量实验原理与特性研究J.中国现代教育装备.2007.10:104-1053姜东光.近代物理实验 M.北京：科学出版社.20074吴先求,熊予莹 .近代物理实验教程(第二版) . 北京：科学出版社
