1、数理与信息工程学院近代物理实验报告实验名称： 射线能谱的测量；物质吸收系数的 测定 班级： 物理 091 班 学号： 09180103 姓名： 陈旦妮 【摘要】本实验在理解 射线与物质相互作用的基本特性基础上，通过使用 闪烁谱仪测定不同的放射源的 射线能谱。并且研究窄束 射线在不同物质中的吸收系数，并对比不同物质的吸收系数【关键字】RES-02 型相对论效应实验谱仪、能谱、 射线、吸收【引言】 射线首先由法国科学家 P.V.维拉德发现的，是继 、 射线后发现的第三种原子核射线。 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
2、布即为 射线能谱。通过分析 能谱可以确定原子核激发态的能级，对放射性分析、同位素应用及鉴定核素等方面都有重要的意义。测量 能谱最常用的仪器是闪烁 能谱仪，闪烁探测器是利用带电粒子转化成带电粒子对物质原子的激发，从而产生发光效应来探测射线的，它还能测量粒子强度和能量，由于具有探测效率高和分辨时间短等优点得到广泛应用。 射线具有比 X 射线还要强的穿透能力。因为 射线有很强的穿透力，所以工业中可用来探伤或流水线的自动控制。 射线对细胞有杀伤力，医疗上用来治疗肿瘤。在科研、工农业生产、医疗和环境保护等方面，应用 射线的能谱测量技术，可以分析活化以后的物质中各种微量元素的含量。【正文】一、 射线能谱的
3、测量NaI(TI)闪烁探测器的结构：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。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。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） 。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
4、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学仪器中去。 射线与物质的相互作用有多种方式，但在能量不高的情况下，最主要的有三种，即光电效应、康普顿效应和正、负电子效应。最终实现了能谱图样的输出如下：图一 能谱图图一中的横坐标 CH 表示道数，与能量成正比，纵坐标表示强度，也就是射线的密集程度，与计数成正比。根据图一可以看出实验中产生了多个峰值，但是 B/C/D 这三个峰值的能量比
5、较低，不适合我们记录，为了能够同时获得高能量以及大密集度的峰值我们选取最右端的峰值，也就是 A 峰。这个峰我们又把它称为全能峰。实验过程中要保证最终的峰值与图中 A 峰的 CH（道数）尽量的接近，这样测得的结果才有实验价值。其中全能峰又称光电峰，它是有两部分作用产生的，一是由 射线与闪烁体的光电效应产生的光电子峰；二是康普顿散射后部分散射光子没有逸出晶体，而被晶体再次吸收，这样两次作用对输出的贡献叠加在一起形成一个脉冲。这样两次作用使闪烁体仍然得到了入射 射线的全部能量，所以光电峰的能量就代表了 射线的能量。二、物质吸收系数的测定当 光子穿过物质时，不是完全转化成了电子的能量，就是偏离了原来入
6、射时的方向。与其他物质不同的是， 光子与物质之间的相互作用只要发生一次碰撞就会有大量的能量发生转移；而其他带点粒子转过物质时，经过许多次小能量转移碰撞来损失它的能量。本实验中我们主要研究的是窄束 射线在物质中的吸收规律。所谓窄束 射线是指不包括散射成份的射线束，通过吸收片后的 光子，仅由未经相互作用或称为未经碰撞的光子所组成。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”。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00rNxxIeIesm-=其中，I0、I 分别是穿过物质前、后的 射线强度，x 是 射
7、线穿过的物质的厚度（单位 cm） ，r 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， 是物质的线性吸收系数（=rN，单位为 cm） 。显然 的大小反映了物质吸收 射线能力的大小。需要说明的是，吸收系数 是物质的原子序数 Z 和 射线能量的函数，且： pcph实际工作中常用质量厚度 来表示吸收体厚度，以消除密度的影响，则)/(3mgR。 /0)(RmeI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，又对上式取对数得： 0lnlnRm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，
8、即/mr12lnlRNm【实验步骤】：1、开机预热后，在开机前先检查电压旋钮是否调为零。2、把 放射源 137Cs 放在探测器前，使倍增管与放射源对齐。3、调电压为 700 伏特，预置时间设置为 300 秒，放大倍数为 0.3，道数为 160。4、调节高压，使 137Cs 能谱的最大脉冲幅度尽量大而又不超过多道脉冲分析器的分析范围。5、进行测量，当时间为 298 秒左右时，记录当前的总计数率。时间为 300 秒后，记录当前道数、计数、峰位、半高宽、净面积、分辨率。6、改变倍增管的位置（左右各一次） ，重复 4、5 步骤，并记录数据。7、考虑到时间的等待，我们先做射线的吸收。先在倍增管前放置四块
9、铝块。倍增管保持在没放铝块时计数最大的那个位置不变，只是前后移动。重复 4、5 步骤，记录相应的数据。然后逐一拿掉铝块，然后记录相应的数据。8、把铝块换为铅块，重复 7。9、把放射源换为 60Co，预置时间设置为 500 秒，放大倍数为 0.3，道数为 320。其他步骤跟 137Cs 一致，并记录相应的数据。【实验数据记录及处理】：1-1 在3个不同的位置的 全能峰的测量Cs137参数设定：预置时间为 300 秒；高压电压为 870V；放大系数为 0.3；全谱道数为512；扩展谱道数为 128；道数为 160 道。位置（cm ） 计数 道数 峰位 半高宽（chn） 分辨率（%）（chn）40.
10、5 2261 160 159.76chn 16.70 10.4540.6 2237 160 159.89chn 16.46 10.2940.4 2269 160 159.81 chn 17.23 10.781-2 在3个不同的位置对 全能峰的测量：Co60参数设置：预置时间为 500 秒；高压电压为 875V；放大系数为 0.3；全谱道数为512；扩展谱道数为 128；道数为 160 道位置（cm ） 计数 道数（chn） 峰位 半高宽（chn） 分辨率（%）41.7 106 321 320.96chn 18.92 5.9041.8 105 321 320.81chn 17.08 5.3241
11、.6 85 320 320.13 chn 19.58 6.122- 1铝对 元素释放的 射线的吸收系数的测定Cs37参数设定：铝密度为 2.7g/cm3 ；预设时间为 500 秒；放大系数为 0.3；电压为 874V；全谱道数为 512 道；扩展道数为 128 道。铝块数 )/(2cmgR计数 总计数率 峰位 半宽高 分辨率0 0 3355 934 163.51th 16.39chn 10.02%1 2.51 846 480 163.26th 16.64chn 10.19%2 5.10 848 426 162.95th 17.48chn 10.73%3 7.58 1129 378 163.24
12、th 16.49chn 10.10%4 10、04 1316 348 163.06th 17.00chn 10.43%由此可以计算出物质的线性吸收系数：01 02 03 040.716 0.416 0.322 0.26512 13 140.124 0.127 0.11523 24 340.130 0.111 0.0907的平均值为0.094m-12- 2铅对 元素释放的 射线的吸收系数的测定Cs137参数设定：铅密度为11.34g/cm3 ；预设时间为500秒；放大系数为 0.3；电压为874V ；全谱道数为512道；扩展道数为128道。铝块数 )/(2cmgR计数 总计数率 峰位 半宽高 分
13、辨率0 0 3355 934 163.51th 16.39chn 10.02%1 2.08 2671 720 163.36th 17.02chn 10.42%2 4.16 2013 594 163.55th 16.83chn 10.29%3 6.26 1633 490 163.81th 17.50chn 10.68%4 8.36 1268 406 16360th 16.24chn 9.93%由此可以计算出物质的线性吸收系数：01 02 03 041.418 1.234 1.169 1.13012 13 141.049 1.044 1.03523 24 341.039 1.027 0.889的平均值为1.103m-1【实验总结】1 在137Cs元素全能峰的测量以及物质吸收的实验中，我们采用寻窄峰的方法；在60Co元素全能峰的测量中由于寻窄峰时偏离道数320的较远，因此我们采用寻中峰的方法。2 实验中我们发现，不同的物质对射线的吸收能力不同，铅对 射线的吸收能力比铝强，更能吸收射线，能更好的作为防护材料。在日常的生产和生活当中，我们可以利用不同物质对射线的吸收能力，制造出防射线的物品。3 在实验结束后，我们要把电压调为0。如果没调零，当下一组同学做实验时，电压为700的好几倍，会使得倍增管等仪器烧毁。
