r射線能譜實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告系級(jí)姓名日期No. 評(píng)分：實(shí)驗(yàn)題目：丫能譜及丫射線的吸收實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩W(xué)習(xí)閃爍丫譜儀的工作原理和實(shí)驗(yàn)方法，研究吸收片對(duì)丫射線的吸收規(guī)律實(shí)驗(yàn)原理：1. Y能譜的形狀閃爍丫能譜儀可測(cè)得 丫能譜的形狀，下圖所示是典型137CS的丫射線能譜圖。圖的縱軸代表單位時(shí)間的脈沖數(shù)目即射線強(qiáng)度，橫軸代表脈沖幅度即反映粒子的能量值。J iA能址圖2.1A6川。的T能請(qǐng)圖從能譜圖上看，有幾個(gè)較為明顯的峰，光電峰Ee,又稱全能峰，其能量就對(duì)應(yīng)丫射線的能量E。這是由于丫射線進(jìn)入閃爍體后，由于光電效應(yīng)產(chǎn)生光電子，能量關(guān)系見(jiàn)式(1 )，如果閃爍體大小合適，光電子停留在其中，可使光電子的全部能量被閃爍體吸收。光電子逸岀原

2、子會(huì)留下空位，必然有外殼層上的電子躍入填充，同時(shí)放岀能量Ez Bi的X射線，一般來(lái)說(shuō)，閃爍體對(duì)低能X射線有很強(qiáng)的吸收作用，這樣閃爍體就吸收了Ee Ez的全部能量，所以光電峰的能量就代表丫射線的能量，對(duì)137Cs，此能量為0.661 Me VoEC即為康普頓邊界，對(duì)應(yīng)反沖電子的最大能量。背散射峰Eb是由射線與閃爍體屏蔽層等物質(zhì)發(fā)生反向散射后進(jìn)入閃爍體，形成的光電峰，一般峰很小。2 譜儀的能量刻度和分辨率(1 )譜儀的能量刻度閃爍譜儀測(cè)得的 丫射線能譜的形狀及其各峰對(duì)應(yīng)的能量值由核素的蛻變綱圖所決定，是各核素的特征反映。但測(cè)得的光電峰所對(duì)應(yīng)的脈沖幅度（即峰值在橫軸上所處的位置）是與工作條件有關(guān)系的

3、。如光電倍增管高壓改變、線性放大器放大倍數(shù)不同等，都會(huì)改變各峰位在橫軸上的位置，也即改變了能量軸的刻度。因此，應(yīng)用丫譜儀測(cè)定未知射線能譜時(shí)，必須先用已知能量的核素能譜來(lái)標(biāo)定譜儀的能量刻度，即給岀每道所對(duì)應(yīng)的能量增值E。例如選擇137Cs的光電峰E = 0.661 me V和60Co的光電峰E i 1.17MeV、E 21.33MeV等能量值，先分別測(cè)量?jī)珊怂氐?丫能譜，得到光電峰所對(duì)應(yīng)的多道分析器上的道址（若不用多道分析器，可給岀各峰位所為應(yīng)的單道分析器上的閾值）?？梢哉J(rèn)為能量與峰值脈沖的幅度是線性的，因此根據(jù)已知能量值，就可以計(jì)算岀多道分析器的能量刻度值E。如果對(duì)應(yīng)E1 0.661MeV的光

4、電峰位于A道，對(duì)應(yīng) E2 1.17MeV的光電峰位于e道，則有能量刻度1.17 0.661B AMeV(1)測(cè)得未知光電峰對(duì)應(yīng)的道址再乘以e值即為其能量值。Word資料（2）譜儀分辨率丫能譜儀的一個(gè)重要指標(biāo)是能量分辨率。由于閃爍譜儀測(cè)量粒子能量過(guò)程中，伴隨著一系列統(tǒng)計(jì)漲落因素, 如丫光子進(jìn)入閃爍體損失能量、產(chǎn)生熒光光子、熒光光子進(jìn)入光電倍增管后，在陰極上打出光電子、光電子在倍脈沖的高度是服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律而有一定分布增極上逐級(jí)打?qū)绻怆娮佣箶?shù)目倍增，最后在陽(yáng)極上形成電流脈沖等,的。光電峰的寬窄反映著譜儀對(duì)能量分辨的能力如圖2.2.1-7中所示的光電峰的描繪，定義譜儀能量分辨率 為半高度V光電峰脈沖幅

5、度V100%(2)表示閃爍譜儀在測(cè)量能量時(shí)能夠分辨兩條靠近的譜線的本領(lǐng)。目前一般的閃爍譜儀分辨率在10%左右。對(duì)的影響因素很多，如閃爍體、光電倍增管等等。物質(zhì)對(duì)丫射線的吸收當(dāng)丫射線穿過(guò)物質(zhì)時(shí)，一旦與物質(zhì)中的原子發(fā)生三種相互作用，原來(lái)的光子就消失或通過(guò)散射改變?nèi)肷浞较?。通常把通過(guò)物質(zhì)且未經(jīng)相互作用的光子所組成的射線稱為窄束丫射線（或良好幾何條件下的射線束）。實(shí)驗(yàn)表明，單能窄束 Y射線的衰減遵循指數(shù)規(guī)律：(8)其中 、分別是通過(guò)物質(zhì)前、后的丫射線強(qiáng)度，在本實(shí)驗(yàn)中可用全能峰的峰面積表示，：是丫射線通過(guò)物質(zhì)的厚度，匸是三種作用截面之和，N是吸收物質(zhì)單位體積的原子數(shù)，是物質(zhì)的線性吸收系數(shù)，表示單位路程上

6、丫射線與物質(zhì)發(fā)生三種相互作用的總幾率，其大小反映了物質(zhì)吸收丫射線能力的大小?？梢?jiàn)，如果在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上繪制吸收曲線，那么這條曲線就是一條直線，直線的斜率的絕對(duì)值就是線性吸收系數(shù)。丫射線強(qiáng)度減弱一半所需的吸收層厚度稱為半吸收厚度d1，從（8）式可知：In 20.693(9)實(shí)驗(yàn)容：1. 熟悉儀器，開(kāi)啟高壓電源，預(yù)熱20分鐘；2. 用多道分析器測(cè)量并觀察137Cs和60Co的丫能譜的形狀，截取能譜圖，在圖上指岀光電峰、康普頓邊界、電子對(duì)峰、背散射峰等峰位；3. 137Cs的光電峰對(duì)應(yīng)能量為0.661MeV ，60Co的左側(cè)光電峰能量為1.17MeV，請(qǐng)對(duì)譜儀進(jìn)行能量刻度、作圖，并測(cè)量 60Co的右

7、側(cè)光電峰能量4. 確定137Cs光電峰的能量分辨率（不扣本底）5. 選擇良好的實(shí)驗(yàn)條件，測(cè)量137Cs的丫射線在紫銅吸收片中的吸收曲線（要求至少10個(gè)點(diǎn)，各點(diǎn)統(tǒng)計(jì)誤差小于2% ），求岀相應(yīng)的線性吸收系數(shù)和半吸收厚度。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：1. 137Cs和60Co的Y能譜圖137 、Cs的能譜圖60 CO的能譜圖:602.能譜儀的能量刻度并測(cè)量CO右側(cè)光電峰的值實(shí)驗(yàn)測(cè)得：137 Cs :峰值道址：45460CO :右光電峰道址：938，左光電峰道址：81713760已知Cs的光電峰E1 0.661Mev， Co左光電峰道址 E2 1.17Mev有能量刻度e E2 日行7 0.6611.4 13Mev/道B

8、A817 454根據(jù)測(cè)得的60Co右光電峰的道址，有 60Co右光電峰能量 E3 e C 1.4 10 39381.32Mev已知60Co右光電峰能量為 E 21.33Mev1 33 1 32相對(duì)誤差0.75%，與理論值吻合得較好1.33通過(guò)作圖也可以發(fā)現(xiàn)，60Co的右光電峰確實(shí)落在 137Cs光電峰和60 Co左光電峰形成的直線上0 9-Equsllgfiy - s +hie vveightnaRcdul SumISquar-esAj. R-Square10.973ValueStands m ErmraJmrupt0.0324A0.01221口Q 001391 501E50.6 彳一400,

9、5TCsft電峰I 11 r T 1 I 1 T T I500600700m9001000道址3. 能譜儀的能量分辨率測(cè)得的 137Cs 光電峰半高寬 39.1 道， E 39.1 e 39.1 1.4 10 30.0548Mev能量分辨率 00548 8.3%E10.661由于未扣本底，與計(jì)算機(jī)得岀的結(jié)果8.6%有一定誤差4. 137CS的丫射線的線性吸收系數(shù)和半吸收厚度穿透的銅片厚度銅片編號(hào)12345678910厚度(cm)0.2940.2840.2900.3000.2880.2960.2860.2860.2880.290按順序每次疊加一個(gè)銅片，那么穿透厚度x為穿透厚度1234567891

10、0厚度(cm)0.2940.5780.8681.1681.4561.7522.0382.3242.6122.902每次穿透過(guò)后的光強(qiáng)，即光電峰的面積為放銅片編號(hào)012345678910光強(qiáng)27954235382009817181144441215610381891875016407566510 4 n 光強(qiáng)In :丨）10 2 -1D D -9.6 -54 -y z9 -& 6 -106 -1II-10.00 51 0EquationV = a +No W&nghiEingResidual Sum of0.M139Adj. R-Squa.ra 9OA4AStand! a rd ErrFintercept10 229000702Slope55670 OCM06在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上作圖，得到穿透吐度譏cm)線性擬合得到直線斜率k=-0.5567，又吸收系數(shù)=-k故吸收系數(shù)=0.5567半吸收厚度di2In 20.69310.55671.245cm思考題：1、用閃爍譜儀測(cè)量 Y射線能譜時(shí)，要求在多道分析器的道址圍能同時(shí)測(cè)量岀137Cs和60Co的光電峰，應(yīng)如何選擇合適的工作條件？在測(cè)量過(guò)程中該工作條件可否改變？答：合適的工作