實驗12β能譜的測量

1、.實驗10 能譜的測量實驗?zāi)康?. 了解能譜的特點及其測量方法。2. 學(xué)會用居里描繪方法分析能譜。3. 學(xué)習(xí)應(yīng)用居里描繪、比較半衰期及內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)分支比等方法判斷躍遷的性質(zhì)，并得到有關(guān)核結(jié)構(gòu)的知識。實驗內(nèi)容1 用高反壓Au-Si面壘探測器測量137Cs的能譜。2 作居里描繪圖，確定137Cs 粒子的最大能量。3 用logfT1/2值判斷躍遷級次，作形狀因子修正后的居里描繪并確定粒子的最大能量。4 計算137Cs 0.662MeV的射線的內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)分支比，并確定躍遷的多極性。原理衰變指核自發(fā)地發(fā)射出粒子或俘獲一個軌道電子而發(fā)生的轉(zhuǎn)變。這一過程在核素表的所有核素范圍內(nèi)幾乎都能發(fā)生，因此對衰變的研究，

2、特別是能譜測量及分析在核衰變與核結(jié)構(gòu)研究以及同位素應(yīng)用中均具有重要的意義。1能譜與居里描繪在衰變過程中，發(fā)射粒子的同時還發(fā)射出中微子（或反中微子），因此衰變能量在反沖核、粒子及中微子三者間分配。粒子的能量沒有一個確定值，而是連續(xù)分布，其最大能量Emax為衰變能。一般能譜形狀如圖1所示。根據(jù)經(jīng)典的衰變的費米理論，可以導(dǎo)出粒子的動量分布為： （1）如果使用修正的費米函數(shù)代替（1）式中的F(Z,p)，則得到： （2）整理后為 （3）其中E為粒子的動能（MeV）；為粒子的總能量（m0c2）、；max為粒子的總能量（m0c2）、；p為粒子的動量、；F(Z,p)為費米函數(shù)；K、K對于容許躍遷是常數(shù)。將實驗

3、測得的能譜，對作圖，使用這種方法來表示實驗結(jié)果的圖稱為居里描繪。對于容許躍遷的居里描繪為一直線，因此該直線外推到與軸之交點，即可比較精確地確定Emax。對于禁戒躍遷，居里描繪往往不是一條直線，但是選擇合適的形狀因子Sn(E)修正后，如果得到直線的居里描繪圖那么可以肯定這種躍遷是唯一型禁戒躍遷，其禁戒級次由Sn(E)的級次n決定。修正后的居里描繪公式為對唯一型一級和二級躍遷有：通常更簡便的辦法是采用比較半衰期值來判斷躍遷級次。本實驗附錄1中給出了各級躍遷的log值的范圍。為母核的半衰期（秒）為和子核原子序數(shù)Z的函數(shù)。當(dāng)試驗上確定能譜的后，根據(jù)已知、Z等可由圖2中求得log值。對于復(fù)雜譜需要用居里

4、描繪進(jìn)行分解，求出各組粒子的最大能量，再由譜的形狀因子及l(fā)ogfT1/2值來判斷躍遷類型或級次，并可由譜所包圍的面積計算出各組粒子的相對強度。2內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)分支比和躍遷得類型及多級性在許多核連續(xù)譜背景上出現(xiàn)明顯得單能電子峰。這是由于原子核從激發(fā)態(tài)躍遷到較低態(tài)或基態(tài)時，除發(fā)射光子外，還可以把激發(fā)能直接交給原子的殼層電子而發(fā)射出電子。這種現(xiàn)象稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換，它與衰變過程完全不同。其放出的電子稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換電子，能量為其中是躍遷的能量，i表示原子的不同殼層如K 層、L層、M層。是i殼層電子的結(jié)合能。這些內(nèi)轉(zhuǎn)換電子具有單一的確定的能量，因此可用來對譜議進(jìn)行能量刻度。內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)定義為，在原子核兩狀態(tài)間發(fā)射內(nèi)轉(zhuǎn)換電

5、子和光子幾率之比即式中、和、分別相應(yīng)于發(fā)射內(nèi)轉(zhuǎn)換電子和光子的幾率及單位時間的發(fā)射數(shù)目。內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)可由實驗測定，也可以由理論計算得出，比較實驗值與理論值便能夠確定躍遷的內(nèi)型及多級性，從而獲得有關(guān)能級特性的知識。但直接測量內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)是比較困難的，而測量內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)分支比可有更高的精度，因此，常常是通過內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)分支比來與理論作比較。不同殼層或支殼層內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)之比如L/K比定義為、表示單位時間K層及L層發(fā)射的內(nèi)轉(zhuǎn)換電子數(shù)目。實驗上，只要譜議有較高的能量分辨率，能夠?qū)和L層內(nèi)轉(zhuǎn)換電子峰分開，就可以由峰下面積求出比。附錄中給出了137Ba內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)及其比的理論值。射線穿透力較強，例如1MeV的電子在硅中

6、射程約為1mm。因此，供譜議使用的半導(dǎo)體探測器必須具有足夠厚的耗盡層。一般選用Si(Li)探測器或厚耗盡層的Au-Si面壘探測器。本實驗選用高分壓Au-Si面壘探測器配以低噪聲電荷靈敏放大器，在室溫、非真空條件下，用多道分析器進(jìn)行能譜測量。實驗裝置前放主放多道脈沖分析器精密脈沖發(fā)生器脈沖示波器數(shù)據(jù)處理設(shè)備高壓電源放射源Au-Si面壘探測器實驗儀器高反壓Au-Si面壘探測器 耐壓600伏以上 1 個電荷靈敏放大器 FH-432（耐壓500-600伏） 1 臺多道分析器 FH-421 1 臺高壓電源 300-2000伏連續(xù)可調(diào) 1臺脈沖示波器 SBM-10 1 臺137Cs(204Tl)放射源 幾

7、十微居 1 個實驗步驟1 測量137Cs的譜和內(nèi)轉(zhuǎn)換電子譜。1) 按圖連接各儀器，并根據(jù)給定的探測器偏壓、電荷靈敏放大器的放大倍數(shù)等條件使譜議處于正常工作狀態(tài)。置源于探頭前源架上并用示波器觀察137Cs源脈沖信號。2) 將信號送入多道分析器，進(jìn)行能譜測量。測量時間要足夠長，以使137Cs內(nèi)轉(zhuǎn)換峰有足夠多的計數(shù)。2 同上條件測量204Tl譜。3 用脈沖發(fā)生器對系統(tǒng)進(jìn)行線性刻度。1) 將脈沖發(fā)生器信號輸入到多道分析器，調(diào)節(jié)脈沖幅度Vi，在多道道址上找到與它對應(yīng)的道數(shù)Hi 。2) 改變脈沖輸出幅度為V2、V3測得與它們相對應(yīng)得道數(shù)H2、H3直測到多道分析器得最高道數(shù)為止，并注意校準(zhǔn)零道閾附近之值。4 數(shù)據(jù)處理結(jié)果分析及數(shù)據(jù)處理思考題1. 試說明實驗中為什么選用137Cs內(nèi)轉(zhuǎn)換電子峰作能量刻度，而不用137Cs的射線作能量刻度？2. 試訴能否測量到60Co源的內(nèi)轉(zhuǎn)換電子峰。3. 已知137Ba基態(tài)自旋I=3/2、宇